RU2787608C1 - Люминесцентный материал и способ его получения - Google Patents

Люминесцентный материал и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2787608C1
RU2787608C1 RU2022118225A RU2022118225A RU2787608C1 RU 2787608 C1 RU2787608 C1 RU 2787608C1 RU 2022118225 A RU2022118225 A RU 2022118225A RU 2022118225 A RU2022118225 A RU 2022118225A RU 2787608 C1 RU2787608 C1 RU 2787608C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxide
glass
mixture
doped
air
Prior art date
Application number
RU2022118225A
Other languages
English (en)
Inventor
Юлия Викторовна Кузнецова
Иван Денисович Попов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2787608C1 publication Critical patent/RU2787608C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области люминесцентных материалов и стеклокерамики с квантовыми точками и может быть использовано при изготовлении источников белого тёплого и естественного света. Исходную смесь, содержащую, масс.%: SiO2 – 45,7-56,1; ZnO – 8,8-11; K2CO3 – 14,2-16,3; Na2CO3 - 14,9-17,1; H3BO3 – 5-8; CdS – 1-1,9, помещают в печь, нагретую до 750-800°С, термообрабатывают в атмосфере воздуха при 1300-1450°С в течение 2,5-4 ч, закаливают на воздухе в течение 2-3 мин и отжигают в атмосфере воздуха при 500-550°С в течение 0,5-1,0 ч. Затем проводят инерционное охлаждение до комнатной температуры. Полученное силикатное стекло измельчают, смешивают с Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce, взятыми в мольном отношении 1:1, при массовом соотношении смесь : силикатное стекло, составляющем (6-20) : (80-94), прессуют в таблетки и спекают на воздухе при 610-680°С в течение 3-5 ч. Полученный люминесцентный материал на основе силикатного стекла содержит, масс.%: оксид кремния – 56-66, оксид цинка – 10-13, оксид калия – 10-12, оксид натрия – 10-12, оксид бора – 3-5, сульфид кадмия – 1-2, дополнительно допирован Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce, при этом наночастицы сульфида кадмия имеют размер 4-10 нм. Люминесцентный материал обладает высоким индексом цветопередачи и широким спектром люминесценции. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области люминесцентных материалов, в частности к легированной полупроводниковой прозрачной стеклокерамике с квантовыми точками и способу ее получения.
Известен люминофор для световых источников, содержащий алюминий, иттрий, церий, лютеций и кислород при следующем содержании компонентов: (Y1-xСех)3Al5O12 и 5-60 мас.% сверх 100% (Lu1-yCey)2O3, где х=0,005-0,1; y=0,01-0,1(патент RU 2396302; МПК C09K 11/77, C09K 11/80, H05B 33/14; 2010 год).
Однако недостатком известного материала является отсутствие люминесценции в области длин волн 650-780 нм, что не позволяет получить от двухкомпонентного источника освещения сплошной широкий спектр эмиссии, а следовательно - результирующий «теплый» белый свет с высоким индексом цветопередачи.
Известен люминесцентный материал на основе силикатного стекла, допированного квантовыми точками CdS, и легированное празеодимом, которое содержит следующие компоненты в молярном соотношении: 45-55% SiO2; 10-20% Na2O; 3-8% Al2O3; 7-14% ZnO; 0,5-3% ZnS; 0,5-2% CdO и 5-1,5% Pr2O3, суммарно 100%. Способ получения известного материала включает Способ получения стекла CdS с квантовыми точками, легированного празеодимом включает следующие этапы: взвешивание, смешение и измельчение исходных компонентов с последующим плавлением, отжигом и охлаждением до комнатной температуры в печи, при этом процесс плавления осуществляют на стадии при температуре от 1100 до 1200°C и продолжают повышать температуру до 1250-1350°C в течение двух часов, отжиг осуществляют путем нагрева до 350-450°C в течение 1-3 часов с последующей термообработкой путем нагрева до 510-570°C в течение 5-20 часов (патент CN 106865980; МПК C03B19/02, C03B25/00, C03B5/16, C03C3/095, C03C4/12; 2019 год).
Недостатками известного материала являются, во-первых, отсутствие в составе стекла оксидов бора и калия, что повышает температуру плавления стекла, а также может делать стекломассу излишне вязкой, что ухудшает диффузию ионов и равномерное их распределение в объеме стекломассы. Во-вторых, основным недостатком известного люминофора на основе стекла, допированного квантовыми точками сульфида кадмия и ионами празеодима, является небольшое значение полуширины полосы люминесценции Pr3+ в видимой области спектра, что не позволяет получить на основе известного стекла люминофор, проявляющий люминесценцию в виде широкой непрерывной полосы, что является необходимым условием для создания источников белого света с высоким индексом цветопередачи.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является легированный редкоземельными элементами полупроводниковый прозрачный стеклокерамический люминесцентный материал, содержащий квантовые точки, и способ его получения. Материал представляет собой стеклокерамику при следующем соотношении компонентов (мольное соотношение): 57.0SiO2-xB2O3-2.0Al2O3-5,0ZnO-12.0Na2O-12.0K2O-5,5CaO-yMN-zRe2O3; y=1,0-2,0; z=0-2.0; x= (6,5-y-z), где M представляет собой Cd<2+> и Zn<2+> или их соединение, N представляет собой S<2-> и Se<2-> или их соединение, при этом размер наночастиц сульфида кадмия составляет 2-5 нм, Re представляет собой трехвалентные лантаноидные редкоземельные ионы, такие как Er<3+>, Eu<3+>, Sm<3+>, Tm<3+>, Ho<3+>, Tb<3+>. Материал получают с использованием техники спиннингования в виде тонких лент путем сверхбыстрого (со скоростью > 106 K×сек-1) охлаждения расплава на поверхности вращающегося холодного диска или барабана (патент CN 101209901; МПК C03B 32/02, C03C 10/00, C03C 3/095; 2008 год).
Однако, использование редкоземельных элементов в составе стеклянной матрицы не позволяет контролировать состав квантовых точек в матрице стекла, а именно встраивание данных ионов в структуру сульфида кадмия и, соответственно, влияние на люминесценцию. Кроме этого, использование кальция при синтезе стекла увеличивает вероятность замещения ионов кадмия на ионы кальция в структуре сульфида кадмия, что приводит к формированию дефектов атомной структуры, которые снижают или полностью гасят люминесценцию наночастиц CdS. Основным недостатком известной прозрачной стеклокерамики, допированной полупроводниковыми квантовыми точками и редкоземельными элементами Eu3+, Sm3+, Tm3+, Tb3+, является небольшое значение полуширины полосы люминесценции редкоземельных элементов в видимой области спектра. Этот недостаток не позволяет получить на основе известной стеклокерамики люминофор, проявляющий люминесценцию в виде широкой непрерывной полосы, что является необходимым для создания источников белого света с высоким индексом цветопередачи. Кроме этого ионы Er3+, Tm3+, Ho3+ обладают люминесценцией в области более 780 нм, что не влияет на цветопередачу источников света с их использованием, так как лежит вне диапазона восприятия человеком.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать новый состав люминесцентного материала белого теплого и естественного света свечения, обладающего широким спектром фотолюминесценции и улучшенным индексом цветопередачи, что позволит расширить номенклатуру материалов, используемых для источников белого теплого и естественного света свечения.
Поставленная задача решена в предлагаемом составе люминесцентного материала на основе силикатного стекла, содержащего оксид кремния, оксид цинка, оксид натрия, оксид калия и оксид бора и допированного сульфидом кадмия, который дополнительно допирован смесью лютеций-алюминиевого граната, допированного церием, и иттрий-алюминиевого граната, допированного церием, взятых в соотношении (мол.): Lu3Al5O12:Ce : Y3Al5O12:Ce = 1: 1, при следующем соотношении компонентов (масс.%): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 6-20 : 80-94, причем силикатное стекло содержит компоненты в следующем соотношении (масс.%): оксид кремния - 56-66, оксид цинка - 10-13, оксид калия - 10-12, оксид натрия - 10-12, оксид бора - 3-5, сульфид кадмия - 1-2; и размер наночастиц сульфида кадмия равен 4-10 нм.
Поставленная задача также решена в способе получения люминесцентного материала на основе силикатного стекла, содержащего оксид кремния, оксид цинка, оксид натрия, оксид калия и оксид бора и допированного сульфидом кадмия, включающего получение исходной смеси компонентов, взятых в соотношении (масс.%): SiO2 - 45,7 ÷ 56,1; ZnO - 8,8 ÷ 11; K2CO3 - 14,2 ÷ 16,3; Na2CO3 - 14,9 ÷ 17,1; H3BO3 - 5 ÷ 8; CdS - 1 ÷ 1,9, помещение смеси в печь нагретую до температуры 750-800оС с последующей термообработкой в атмосфере воздуха при температуре 1300-1450оС в течение 2,5-4 часов, закалкой на воздухе в течение 2-3 минут с последующим отжигом в атмосфере воздуха при температуре 500-550оС в течение 0,5-1,0 часа и инерционное охлаждение до комнатной температуры, далее полученный продукт измельчают и смешивают со смесью лютеций-алюминиевого граната, допированного церием, и иттрий-алюминиевого граната, допированного церием, взятых в соотношении (мол.): Lu3Al5O12:Ce : Y3Al5O12:Ce = 1 : 1, при следующем соотношении компонентов (масс.%): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 6-20 : 80-94, и прессуют в таблетки, после чего спекают на воздухе при температуре 610 - 680 °С в течение 3-5 часов.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен люминесцентный материал на основе силикатного стекла, допированного сульфидом кадмия, и дополнительно допированный смесью лютеций-алюминиевого граната, допированного церием, и иттрий-алюминиевого граната, допированного церием, взятых в соотношении (мол.): Lu3Al5O12:Ce : Y3Al5O12:Ce = 1: 1, при соотношении компонентов (мол.): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 1 : 4÷16, а также способ его получения.
Структура предлагаемого авторами люминесцентного материала представляет собой аморфную матрицу из силикатного стекла, в которой равномерно распределены частицы алюминиевого граната и наночастицы сульфида кадмия. Равномерное распределение допантов обеспечивает получение плотной низко пористой керамики и, соответственно, уменьшение потерь на светорассеяние из-за пор, при этом установлено, что размер наночастиц сульфида кадмия имеет существенное значение, так, как показали исследования, размер 4-10 нм обеспечивает люминесценцию стеклокерамического материала в красной области видимого спектра и компенсирует недостатки коммерческих люминофоров на основе алюминиевого граната. Существенное значение на спектр люминесценции материала оказывает качественное и количественное содержание компонентов стеклокерамики. При содержании силикатного стекла менее 80 масс. % наблюдается менее качественное спекание керамики, а также низкая эффективность люминесценции композитного материала в области 600-800 нм в связи с недостаточным содержанием наночастиц сульфида кадмия, при содержании силикатного стекла более 94 масс. % наблюдается ухудшение квантового выхода в связи с недостаточным содержанием частиц алюминиевого граната. Существенное значение на концентрацию ионов кадмия и серы оказывает качественное и количественное содержание компонентов силикатного стекла. Оксид кремния является основным стеклообразователем в данной системе, образуя трехмерную сетку стекла за счет кремний-кислородных тетраэдров, и обеспечивает высокую устойчивость к механическому и термическому воздействию. Введение оксида бора путем добавление борной кислоты в шихту ускоряет запуск процессов стеклообразования во время плавления шихты и обеспечивает активное перемешивание ее компонентов. Кроме того, оксид бора является более легкоплавким стеклообразователем и понижает температуру плавления стекла. Одновременное добавление оксидов калия и натрия понижает вязкость стекломассы за счет полищелочного эффекта и, соответственно, температуры плавления стекла. Кроме этого, оксид калия повышает оптическую однородность стекла и обеспечивает его прозрачность в УФ диапазоне. Оксид цинка в первую очередь обеспечивает удержание серы в расплавленной стекломассе, необходимой для синтеза наночастиц CdS. Кроме того, оксид цинка повышает термическую и механическую стабильность (устойчивость) стекла. При этом существенным является количественное содержание компонентов, так при использовании оксида кремния менее 56 масс. % будут теряться основные преимущества силикатного стекла: химическая и термическая стойкость. При содержании оксида кремния более 66 мас. %, оксида бора менее 3 мас. %, оксида калия менее 10 мас. % и оксида натрия менее 10 мас. % температура и время синтеза стекла повышается, что затрудняет получение однородного, бесцветного стекла и увеличивает энергозатраты на его получение. Содержание оксида натрия больше 12 мас. % и оксида калия больше 12 мас. % приводит к выщелачиванию стекла, понижению его термической и механической прочности и высокому температурному коэффициенту линейного расширения. Содержание оксида цинка в стекле более 13 масс. % приводит к его кристаллизации и потере стеклообразного состояния и повышает температуру плавления стекла. При содержании оксида цинка менее 10 мас. % наблюдается выгорание серы в процессе синтеза, что приводит к отсутствию наночастиц сульфида кадмия в конечном материале. При содержании сульфида кадмия более 2 мас. % затруднено его равномерное распределение в объеме стекломассы, а также наблюдается кристаллизация стекла и потеря прозрачности. Кроме этого, большое содержание сульфида кадмия приводит к появлению внутреннего фильтр-эффекта и тушению люминесценции, что снижает эффективность материала. При содержании сульфида кадмия менее 1 мас. % наблюдается выгорание серы в процессе синтеза, в результате формирование наночастиц сульфида кадмия в конечном материале не происходит.
Последующая за плавлением стекломассы закалка на воздухе обеспечивает «замораживание» равномерно растворенных ионов всех компонентов расплава и получение аморфной, или стеклянной, матрицы. Отжиг при температуре 500-550оС в течение 0,5-1,0 часа с последующим инерционным охлаждением необходим для снятия внутренних излишних напряжений в стекле, возникших в нем при закалке. Причем продукт, полученный после инерционного охлаждения, является бесцветным и прозрачным. Бесцветность и прозрачность продукта с добавками ионов кадмия и серы после быстрого охлаждения расплава связано с тем, что данные ионы сохранили свое равномерное гомогенное распределение в аморфной матрице на молекулярном уровне, и наночастицы CdS еще не сформировались. Конечное формирование предлагаемого люминесцентного материала происходит в соответствие со следующим механизмом (фиг. 1). Из механической смеси порошков полученного стекла, допированного ионами кадмия и серы (56-66 SiO2, 10-13 ZnO, 10-12 K2O, 10-12 Na2O, 3-5 B2O3, 1-2 CdS, мас.%), и смеси люминофоров Lu3Al5O12, допированного Ce, и Y3Al5O12, допированного Ce, с массовым соотношением компонентов, равной, смесь люминофоров : стекло = 6-20 : 80-94, путем изостатического прессования компактируют таблетки диаметром 5 мм и толщиной 1-2 мм при давлении от 139 до 690 МПа (фиг. 1, этап 1). Компактированные таблетки спекают на воздухе в электрической печи при температуре 610 - 680 °С в течение 3-5 часов. Когда температура спекания превышает температуру стеклования, частицы стекла начинают размягчаться. Через некоторое время стекло, допированное ионами серы и кадмия, начинает проникать в зазоры между кристаллическими частицами люминофоров (фиг. 1, этап 2). Дальнейшее увеличение массовой доли стекла в образце керамики и температуры спекания приводит к интенсификации процесса уплотнения композита за счет исчезновения пустот и пор (фиг. 1, этап 3). Одновременно со спеканием керамики происходит образование и рост наночастиц CdS со средним диаметром от 4 до 10 нм в матрице стекла за счет активации диффузии ионов Cd и S при температурах спекания (фиг. 1, этап 4).
Предлагаемый материал может быть получен следующим образом. Исходную смесь компонентов, взятых в соотношении (масс.%): SiO2 - 45,7 ÷ 56,1; ZnO - 8,8 ÷ 11; K2CO3 - 14,2 ÷ 16,3; Na2CO3 - 14,9 ÷ 17,1; H3BO3 - 5 ÷ 8; CdS - 1 ÷ 1,9, помещают в печь, нагретую до температуры 750-800оС, с последующей термообработкой в атмосфере воздуха при температуре 1300-1450оС в течение 2,5-4 часов, полученный продукт закаливают на воздухе в течение 2-3 минут с последующим отжигом в атмосфере воздуха при температуре 500-550оС в течение 0,5-1,0 часа и инерционным охлаждением до комнатной температуры. Полученный продукт измельчают и смешивают со смесью лютеций-алюминиевого граната, допированного церием, и иттрий-алюминиевого граната, допированного церием, взятых в соотношении (мол.): Lu3Al5O12:Ce : Y3Al5O12:Ce = 1: 1, при следующем соотношении компонентов (масс.%): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 6-20 : 80-94. Смесь порошков методом изостатического прессования компактируют в таблетки диаметром 5 мм и толщиной 2 мм при давлении 270 МПа. Компактированные таблетки помещают в предварительно нагретую электрическую печь сопротивления и спекают на воздухе при температуре 610-680 °С в течение 3-5 часов. По истечении указанного времени, образцы вынимают из печи и охлаждают до комнатной температуры в естественных условиях.
Полученный продукт аттестуют методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии, абсорбционой и люминесцентной спектроскопии. Полученный композитный стекло-керамический материал обладает широким спектром фотолюминесценции от 500 до 900 нм, квантовым выходом фотолюминесценции от 10 до 25 %. Имитация источника белого света на основе полученного люминофора при возбуждении 344 нм от ксеноновой лампы продемонстрировала улучшенные значения индекса цветопередачи от 80 до 96,8 и коррелированной цветовой температурой от 3622 до 5560 К. При этом координаты цветности для конечного спектра излучения лежат в области от (0,3061, 0,3424) до (0,3899, 0.3621), что является близким к значению для идеального белого света (0.3333, 0.3333).
На фиг. 1 изображен предложенный механизм формирования люминесцентного материала, обладающего высокой эффективностью фотолюминесценции и улучшенными светотехническими характеристиками, а именно индексом цветопередачи и коррелированной цветовой температурой.
На фиг. 2 изображены спектры фотолюминесценции исходных компонентов, а именно Lu3Al5O12:Се (кривая 1), Y3Al5O12:Се (кривая 2) и стекла, допированного CdS (кривая 3), а также конечного стеклокерамического люминесцентного материла (кривая 4): соотношение компонентов (масс. %): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 11 : 89, спекание на воздухе при температуре 610 °С в течение 3 часов.
На фиг. 3 изображены цветовые координаты полученного материала, демонстрирующие близкие значения к идеальному источнику белого света:
точка 1 - соотношение компонентов (масс. %): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 20 : 80, спекание на воздухе при температуре 610 °С в течение 3 часов;
точка 2 - соотношение компонентов (масс. %): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 11 : 89, спекание на воздухе при температуре 610 °С в течение 3 часов;
точка 3 - соотношение компонентов (масс. %): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 6 : 94, спекание на воздухе при температуре 610 °С в течение 3 часов;
точка 4 - соотношение компонентов (масс. %): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 11 : 89, спекание на воздухе при температуре 650 °С в течение 3 часов;
точка 5 - соотношение компонентов (масс. %): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 11 : 89, спекание на воздухе при температуре 680 °С в течение 3 часов.
Способ получения предлагаемого материала иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Для получения исходной шихты порошковые компоненты 45,4 г и дополнительно 0,3 г с учетом его улетучивания (45,7 масс. %) SiO2; 10,5 г и дополнительно 0,5 г с учетом его улетучивания (11 масс. %.) ZnO; 9,7 г и дополнительно 6,6 г с учетом его разложения и улетучивания (16,3 масс. %) K2CO3; 11,1 г и дополнительно 6,0 г с учетом его разложения и улетучивания (17,1 масс. %) Na2CO3; 4,0 г и дополнительно 4,0 г с учетом его разложения и улетучивания (8,0 масс. %) H3BO3; 1,7 г и дополнительно 0,2 г с учетом его улетучивания (1,9 масс. %) CdS измельчали и тщательно перемешивали в керамической ступке в течение 30 мин. Далее шихту пересыпали в корундовый тигель и помещали в печь, нагретую до температуры 750°С. Температуру в печи поднимали до 1300 °С и выдерживали при данной температуре в течение 2,5 часов в атмосфере воздуха. После отлива расплава в стальную форму, покрытую тонким слоем каолина во избежание адгезии расплава и формы стекло закалялось на воздухе в течении 2 минут. Далее стекло помещали в печь для отжига в течение 0,5 часа при температуре 550 °С с последующим инерционным охлаждением до комнатной температуры. Полученное бесцветное стекло, допированное ионами кадмия и серы, измельчали в агатовой ступке и просеивали через медное сито для отделения фракции частиц менее 80 мкм. Порошки люминофоров 0,04 г Lu3Al5O12 и 0,04 г Y3Al5O12, взятые в соотношении (мол.): 1:1, (Производитель: OOO Лайт Электрик (г. Новосибирск)) использовали без дополнительной подготовки, размер частиц в порошках варьировался от 10 до 20 мкм. 0,32 г порошка стекла тщательно смешивали с 0,08 г порошка смеси кристаллических люминофоров в массовом соотношении: смесь люминофоров : стекло = 20 : 80, в агатовой ступке в течение 10 мин. Смесь порошков методом изостатического прессования компактировали в таблетки диаметром 5 мм и толщиной 2 мм при давлении 270 МПа. Компактированные таблетки помещали в предварительно нагретую электрическую печь сопротивления и спекали на воздухе при температуре 610 °С в течение 5 часов. По истечении указанного времени, образцы вынимали из печи и охлаждали до комнатной температуры в естественных условиях. Получают люминесцентный материал состава (масс. %): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 20 : 80, причем силикатное стекло содержит компоненты в следующем соотношении (масс. %): оксид кремния - 56, оксид цинка - 13, оксид калия - 12, оксид натрия - 12, оксид бора - 5, сульфид кадмия - 2; и размер наночастиц сульфида кадмия равен 4-10 нм. Полученный композитный стекло-керамический материал обладает широким спектром фотолюминесценции от 500 до 900 нм, квантовым выходом фотолюминесценции 25 %. Имитация источника белого света на основе полученного люминофора при возбуждении 344 нм от ксеноновой лампы продемонстрировала улучшенные значения индекса цветопередачи равное 88,3 и коррелированной цветовой температуры 4237 К. При этом координаты цветности для конечного спектра излучения составили (0.3753, 0.3911), что является близким к значению для идеального белого света (0.3333, 0.3333) (фиг. 3, точка 1).
Пример 2. Для получения исходной шихты порошковые компоненты 55,7 г и дополнительно 0,4 г с учетом его улетучивания (56,1 масс. %) SiO2; 8,4 г и дополнительно 0,4 г с учетом его улетучивания (8,8 масс. %.) ZnO; 8,5 г и дополнительно 5,7 г с учетом его разложения и улетучивания (14,2 масс. %) K2CO3; 9,6 г и дополнительно 5,3 г с учетом его разложения и улетучивания (14,9 масс. %) Na2CO3; 2,5 г и дополнительно 2,5 г с учетом его разложения и улетучивания (5,0 масс. %) H3BO3; 0,9 г и дополнительно 0,1 г с учетом его улетучивания (1,0 масс. %) CdS измельчали и тщательно перемешивали в керамической ступке в течение 30 мин. Далее шихту пересыпали в корундовый тигель и помещали в печь, нагретую до температуры 800°С. Температуру в печи поднимали до 1450 °С и выдерживали при данной температуре в течение 4 часов в атмосфере воздуха. После отлива расплава в стальную форму, покрытую тонким слоем каолина во избежание адгезии расплава и формы, стекло закалялось на воздухе в течении 3 минут. Далее стекло помещали в печь для отжига в течение 1 часа при температуре 550 °С с последующим инерционным охлаждением до комнатной температуры. Полученное бесцветное стекло, допированное ионами кадмия и серы, измельчали в агатовой ступке и просеивали через медное сито для отделения фракции частиц менее 80 мкм. Порошки люминофоров 0,0222 г Lu3Al5O12 и 0,0222 г Y3Al5O12, взятые в соотношении (мол.): 1:1, (Производитель: OOO Лайт Электрик (г. Новосибирск)) использовали без дополнительной подготовки, размер частиц в порошках варьировался от 10 до 20 мкм. 0,3556 г порошка стекла тщательно смешивали с 0,0444 г порошка смеси кристаллических люминофоров в массовом соотношении : смесь люминофоров : стекло = 11 : 89, в агатовой ступке в течение 10 мин. Смесь порошков методом изостатического прессования компактировали в таблетки диаметром 5 мм и толщиной 2 мм при давлении 270 МПа. Компактированные образцы помещали в предварительно нагретую электрическую печь сопротивления и спекали на воздухе при температуре 650 °С в течение 3 часов. По истечении указанного времени, образцы вынимали из печи и охлаждали до комнат ной температуры в естественных условиях. Получают люминесцентный материал состава (масс.%): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 11 : 89, причем силикатное стекло содержит компоненты в следующем соотношении (масс.%): оксид кремния - 66, оксид цинка - 10, оксид калия - 10, оксид натрия - 10, оксид бора - 3, сульфид кадмия - 1; и размер наночастиц сульфида кадмия равен 4-10 нм. Полученный композитный стеклокерамический материал обладает широким спектром фотолюминесценции от 500 до 900 нм, квантовым выходом фотолюминесценции 12 %. Имитация источника белого света на основе полученного люминофора при возбуждении 344 нм от ксеноновой лампы продемонстрировала улучшенные значения индекса цветопередачи 96,0 и коррелированной цветовой температуры 4834 К. При этом координаты цветности для конечного спектра излучения составили (0.3502, 0.3573), что является близким к значению для идеального белого света (0.3333, 0.3333) (фиг. 3, точка 4).
Пример 3. Для получения исходные шихты порошковые компоненты 55,7 г и дополнительно 0,4 г с учетом его улетучивания (56,1 масс. %) SiO2; 8,4 г и дополнительно 0,4 г с учетом его улетучивания (8,8 масс. %.) ZnO; 8,5 г и дополнительно 5,7 г с учетом его разложения и улетучивания (14,2 масс. %) K2CO3; 9,6 г и дополнительно 5,3 г с учетом его разложения и улетучивания (14,9 масс. %) Na2CO3; 2,5 г и дополнительно 2,5 г с учетом его разложения и улетучивания (5,0 масс. %) H3BO3; 0,9 г и дополнительно 0,1 г с учетом его улетучивания (1,0 масс. %) CdS измельчали и тщательно перемешивали в керамической ступке в течение 30 мин. Далее шихту пересыпали в корундовый тигель и помещали в печь, нагретую до температуры 800°С. Температуру в печи поднимали до 1450 °С и выдерживали при данной температуре в течение 4 часов в атмосфере воздуха. После отлива расплава в стальную форму, покрытую тонким слоем каолина во избежание адгезии расплава и формы, стекло закалялось на воздухе в течении 3 минут. Далее стекло помещали в печь для отжига в течение 1 часа при температуре 500 °С с последующим инерционным охлаждением до комнатной температуры. Полученное бесцветное стекло, допированное ионами кадмия и серы, измельчали в агатовой ступке и просеивали через медное сито для отделения фракции частиц менее 80 мкм. Порошки люминофоров 0,0118 г Lu3Al5O12 и 0,0118 г Y3Al5O12, взятые в соотношении (мол.): 1:1, (Производитель: OOO Лайт Электрик (г. Новосибирск)) использовали без дополнительной подготовки, размер частиц в порошках варьировался от 10 до 20 мкм. 0,3765 г порошка стекла тщательно смешивали с 0,0235 г порошка смеси кристаллических люминофоров в массовом соотношении : смесь люминофоров : стекло = 6 : 94, в агатовой ступке в течение 10 мин. Смесь порошков методом изостатического прессования компактировали в таблетки диаметром 5 мм и толщиной 2 мм при давлении 270 МПа. Компактированные образцы помещали в предварительно нагретую электрическую печь сопротивления и спекали на воздухе при температуре 680 °С в течение 3 часов. По истечении указанного времени, образцы вынимали из печи и охлаждали до комнат ной температуры в естественных условиях. Получают люминесцентный материал состава (масс.%): смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 6 : 94, причем силикатное стекло содержит компоненты в следующем соотношении (масс.%): оксид кремния - 66, оксид цинка - 10, оксид калия - 10, оксид натрия - 10, оксид бора - 3, сульфид кадмия - 1; и размер наночастиц сульфида кадмия равен 4-10 нм. Полученный композитный стеклокерамический материал обладает широким спектром фотолюминесценции от 500 до 900 нм, квантовым выходом фотолюминесценции 17 %. Имитация источника белого света на основе полученного люминофора при возбуждении 344 нм от ксеноновой лампы продемонстрировала улучшенные значения индекса цветопередачи 88,1 и коррелированной цветовой температуры 4361 К. При этом координаты цветности для конечного спектра излучения составили (0.3061, 0.3424), что является близким к значению для идеального белого света (0.3333, 0.3333) (фиг. 3, точка 3).
Таким образом, авторами предлагается люминесцентный материал, позволяющий получить результирующий теплый и естественный белый свет с высоким индексом цветопередачи.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (Соглашение № 21-72-00060).

Claims (2)

1. Люминесцентный материал на основе силикатного стекла, содержащий оксид кремния, оксид цинка, оксид натрия, оксид калия и оксид бора и допированный сульфидом кадмия, отличающийся тем, что он дополнительно допирован смесью лютеций-алюминиевого граната, допированного церием, и иттрий-алюминиевого граната, допированного церием, взятых в соотношении, мол.: Lu3Al5O12:Ce : Y3Al5O12:Ce = 1:1, при следующем соотношении компонентов, масс.%: смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = 6-20 : 80-94, причем силикатное стекло содержит компоненты в следующем соотношении, масс.%: оксид кремния – 56-66, оксид цинка – 10-13, оксид калия – 10-12, оксид натрия – 10-12, оксид бора – 3-5, сульфид кадмия – 1-2; и размер наночастиц сульфида кадмия равен 4-10 нм.
2. Способ получения люминесцентного материала на основе силикатного стекла, содержащего оксид кремния, оксид цинка, оксид натрия, оксид калия и оксид бора и допированного сульфидом кадмия, по п. 1, включающий получение исходной смеси компонентов, взятых в соотношении, масс.%: SiO2 – 45,7-56,1; ZnO – 8,8-11; K2CO3 – 14,2-16,3; Na2CO3 - 14,9-17,1; H3BO3 – 5-8; CdS – 1-1,9, помещение смеси в печь, нагретую до температуры 750-800°С с последующей термообработкой в атмосфере воздуха при температуре 1300-1450°С в течение 2,5-4 ч, закалкой на воздухе в течение 2-3 мин с последующим отжигом в атмосфере воздуха при температуре 500-550°С в течение 0,5-1,0 ч и инерционное охлаждение до комнатной температуры, далее полученный продукт измельчают и смешивают со смесью лютеций-алюминиевого граната, допированного церием, и иттрий-алюминиевого граната, допированного церием, взятых в соотношении, мол.: Lu3Al5O12:Ce : Y3Al5O12:Ce = 1: 1, при следующем соотношении компонентов, масс.%: смесь (Lu3Al5O12:Ce и Y3Al5O12:Ce) : силикатное стекло = (6-20) : (80-94), и прессуют в таблетки, после чего спекают на воздухе при температуре 610-680°С в течение 3-5 ч.
RU2022118225A 2022-07-05 Люминесцентный материал и способ его получения RU2787608C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2787608C1 true RU2787608C1 (ru) 2023-01-11

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116891341A (zh) * 2023-07-12 2023-10-17 昆明理工大学 一种稀土离子掺杂的光致变色镉系玻璃的制备方法及应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101209901A (zh) * 2006-12-27 2008-07-02 中国科学院福建物质结构研究所 稀土掺杂的含半导体量子点透明玻璃陶瓷发光材料及其制备方法
RU2396302C1 (ru) * 2009-01-11 2010-08-10 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Люминофор для световых источников
KR20140108284A (ko) * 2011-12-16 2014-09-05 코닌클리케 필립스 엔.브이. Led들을 위한 물 유리 내의 인광체
CN106865980A (zh) * 2017-03-08 2017-06-20 武汉理工大学 一种镨掺杂CdS量子点玻璃及其制备方法
WO2017157742A1 (en) * 2016-03-15 2017-09-21 Philips Lighting Holding B.V. Compound parabolic collimator array for high intensity lighting
WO2019008017A1 (en) * 2017-07-07 2019-01-10 Philips Lighting Holding B.V. CONCENTRATING MODULE OF LIGHT

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101209901A (zh) * 2006-12-27 2008-07-02 中国科学院福建物质结构研究所 稀土掺杂的含半导体量子点透明玻璃陶瓷发光材料及其制备方法
RU2396302C1 (ru) * 2009-01-11 2010-08-10 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Люминофор для световых источников
KR20140108284A (ko) * 2011-12-16 2014-09-05 코닌클리케 필립스 엔.브이. Led들을 위한 물 유리 내의 인광체
WO2017157742A1 (en) * 2016-03-15 2017-09-21 Philips Lighting Holding B.V. Compound parabolic collimator array for high intensity lighting
CN106865980A (zh) * 2017-03-08 2017-06-20 武汉理工大学 一种镨掺杂CdS量子点玻璃及其制备方法
WO2019008017A1 (en) * 2017-07-07 2019-01-10 Philips Lighting Holding B.V. CONCENTRATING MODULE OF LIGHT

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YU. V. KUZNETSOVA, A. A. REMPEL, Synthesis of Cadmium Sulfide CdS Nanoparticles in a Silicate Matrix, Inorg. Mater., 2015, v. 51, no. 9, p.p. 933-938. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116891341A (zh) * 2023-07-12 2023-10-17 昆明理工大学 一种稀土离子掺杂的光致变色镉系玻璃的制备方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110194593B (zh) 一种通过添加氟化物促进全无机钙钛矿量子点在玻璃中析晶的方法
CN104193346B (zh) 一种半透明的荧光粉/玻璃复合发光陶瓷片及其制备方法
JP5361144B2 (ja) 焼結ガラスセラミックおよびその製造方法
US9593039B2 (en) Nanostructured glasses and vitroceramics that are transparent in visible and infra-red ranges
CN103396007B (zh) 一种白光led用荧光玻璃片及其制备方法
CN103183473A (zh) 用于白光LED 的Ce: YAG微晶玻璃及其制备方法
JP2000281382A (ja) 蓄光性蛍光ガラスセラミックス
CN109592907B (zh) 白光LED用硼铋酸盐玻璃基Ce:YAG玻璃陶瓷及其制备方法
CN107540227B (zh) 铕掺杂含长石相的微晶玻璃及其制备方法
Gao et al. Dual-mode photoluminescence from nanocrystalline Mn2+-doped Li, Zn-aluminosilicate glass ceramics
López-Herrera et al. Influence of CaO and Dy2O3 on the structural, chemical and optical properties of thermally stable luminescent silicate nanoglass-ceramics
RU2787608C1 (ru) Люминесцентный материал и способ его получения
CN106865980B (zh) 一种镨掺杂CdS量子点玻璃及其制备方法
WO2014166085A1 (zh) 用于白光LED 的Ce: YAG微晶玻璃及其制备方法
CN110156332B (zh) 一种透明长余辉微晶玻璃及其制备方法
CN110204209B (zh) 一种选择性稀土掺杂钪基氟化纳米晶的上转换玻璃陶瓷复合材料
CN109354417B (zh) 一种析出NaTbF4纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃及其制备方法
CN101209901A (zh) 稀土掺杂的含半导体量子点透明玻璃陶瓷发光材料及其制备方法
CN115504672A (zh) 一种铬离子掺杂多相近红外玻璃陶瓷及其制备方法
WO2019065011A1 (ja) 波長変換材料に用いられるガラス、波長変換材料、波長変換部材及び発光デバイス
TWI622560B (zh) 硼酸鹽玻璃及其製備方法與應用
CN112340982B (zh) 一种复合玻璃材料及其制备和应用
CN106587601A (zh) 一种硼酸盐红色发光玻璃及其制备方法
CN109437572B (zh) 一种析出BaTbF5纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃及其制备方法
CN114349350B (zh) 大功率LED照明用自还原Eu2+掺杂NaAlSiO4玻璃陶瓷及其制备方法