RU2798852C1 - Способ получения красноизлучающего люминесцентного материала - Google Patents
Способ получения красноизлучающего люминесцентного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2798852C1 RU2798852C1 RU2022113024A RU2022113024A RU2798852C1 RU 2798852 C1 RU2798852 C1 RU 2798852C1 RU 2022113024 A RU2022113024 A RU 2022113024A RU 2022113024 A RU2022113024 A RU 2022113024A RU 2798852 C1 RU2798852 C1 RU 2798852C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- red
- temperature
- lutetium
- luminescent material
- hours
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности и светотехнике. Сначала исходные оксиды лютеция и европия, а также карбонат бария прокаливают, а затем смешивают их в необходимых стехиометрических соотношениях с ортоборной кислотой. Полученную смесь термообрабатывают путем её нагрева до 500°С и выдержки при этой температуре в течение 25 ч. Затем измельчают, перемешивают и помещают в печь для получения монокристаллических агрегатов Ва6(Lu1-xEux)5(В3О9)3, где 0,02≤х≤0,2, при температуре 1250°С в течение 1 ч. Охлаждение до комнатной температуры проводят в течение 10 ч. Полученный красноизлучающий люминесцентный материал на основе бората бария и лютеция, активированный ионами Eu3+, может быть использован в качестве люминофора для изготовления светодиодов (LED) при оптическом возбуждении в области ближнего ультрафиолета, имеет координаты цветности (0,6658; 0,3340) в цветовом пространстве CIE 1931, соответствующем красному цвету, квантовый выход достигает 28% при х = 0,08. 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии получения новых красноизлучающих люминофоров на основе неорганических кристаллических соединений, а именно, сложного бората бария, лютеция и европия состава Ва6(Lu1-xEux)5(B3O9)3, где 0.02≤х≤0.2.
Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.
Поиск новых оптических материалов, в частности, RGB люминофоров для светодиодов белого свечения (wLED) является достаточно актуальным в современных науке и промышленности, поскольку традиционные источники освещения активно замещаются светодиодными из-за большей энергоэффективности, срока службы и других характеристик. В том числе активированные ионами Eun+ (n=2; 3) люминофоры красного цвета свечения за счет интенсивных линий испускания в оранжево-красной и красной областях используются в светодиодной технике. Однако, у коммерческих красноизлучающих люминофоров есть и свои недостатки.
Например, коммерческий K2SiF6:Mn4+ обладает низкой термической стабильностью, дороговизной и высокой токсичностью синтеза [1]. Существенным недостатком коммерческих CaAlSiN3:Eu2+ и (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+ [2] является то, что из-за наличия широкой полосы излучения нитридных люминофоров, излучающих красный цвет, часть его простирается до длин волн более 650 нм, то есть в спектральную область, где чувствительность человеческого глаза очень низкая, что снижает световую отдачу всего источника света и, соответственно, ограничивает их применение в производстве светодиодов белого свечения (wLED) [1, 3].
Люминофоры, активированные Eu3+, являются перспективными кандидатами для использования в светодиодных приложениях, поскольку они проявляют интенсивную люминесценцию в диапазоне 600-625 нм,
обусловленную внутриконфигурационным переходом 5D0→7F2. Эти люминофоры характеризуются высокими фотостабильностью, светоотдачей и квантовой эффективностью [4].
Сложные бораты бария и редкоземельных элементов можно получить классическим твердофазным методом синтеза, а также кристаллизацией из расплава. Среди некоторых известных активированных Eu3+ люминесцентных материалов на их основе можно выделить, например, Ba2Y5B5O17:Eu3+ [5], Ba3Y2B6O15:Eu3+ [6] и Ba3Lu2B6O15:Eu3+ [7]. Первые два характеризуются высокой концентрацией иона-активатора (от 30 до 50%), что делает производство люминофоров на их основе дорогостоящим, последний же относится к настраиваемым люминофорам с варьируемой цветностью свечения от синего к красному цвету.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является спо-соб получения бората, Ba3Lu2 B6O15:Eu3+, описанный в I.E. Kolesnikov, R.S. Bubnova, A.V. Povolotskiy, Y.P. Biryukov, A.V. Povolotckaia, O.Yu. Shorets, S.K. Filatov, Europium-activatedphosphor Ba3Lu2B6O15: influence of isomorphic substitution on photoluminescence properties, Ceramics International. 47(6) (2021) 8030-8034. [7], включающий предварительную термообработку исходных оксидов лютеция и европия, а также карбоната бария, их смешивание в необходимых стехиометрических соотношениях с ортоборной кислотой и термообработку полученной смеси.
Недостатком прототипа является то, что этот способ реализуется посредством термообработки оксидов, карбонатов и ортоборной кислоты, а также получением поликристаллических образцов Ba3Lu2B6O15:Eu3+, а не монокристаллических агрегатов Ва6(Lu1-xEux)5(В3О9)3в.
Задачей изобретения является получение люминесцентного материала красного цвета свечения при оптическом возбуждении в области ближнего ультрафиолета (UV-CLED) для использования в светодиодах.
Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.
Согласно изобретению способ получения красноизлучающего люминесцентного материала на основе бората бария и лютеция, активированного ионами Eu3+, включающий предварительную термообработку исходных оксидов лютеция и европия, карбоната бария, их смешивание в необходимых стехиометрических соотношениях с ортоборной кислотой и термообработку полученной смеси, отличающийся тем, что термообработку полученной смеси проводят путем ее нагрева до 500°С и выдержки при этой температуре в течение 25 ч, после чего измельчают, перемешивают и помещают в печь для получения монокристаллических агрегатов Ba6(Lu1-xEux)5(B3O9)3, где 0.02≤x≤0.2, при температуре 1250°С в течение 1 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры в течение 10 ч.
Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что предложен способ получения нового химического соединения состава Ba6(Lu1-xEux)5(B3O9)3, которое активировали ионами Eu3+, где 0.02≤х≤0.2, которое обладает наилучшими люминесцентными свойствами при возбуждении ультрафиолетовым излучением с длиной волны 312 нм.
Максимальная интенсивность люминесценции и квантовый выход наблюдаются при х=0.08, концентрационное тушение наблюдается при х>0.08.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 представлены концентрационные зависимости интегральной интенсивности люминесценции Ва6(Lu1-xEux)5(B3O9)3 при (0.02≤х≤0.2), на фиг. 2 представлены координаты цветности CIE образцов Ва6(Lu1-xEux)5(B3O9)3 при (х=0.02-0.2).
Заявленный способ реализуют следующим образом.
Исходные реактивы Lu2O3 (чистота 99.93%), Eu2O3 (чистота 99.95%), ВаСО3 (чистота 99.99%) и Н3 BO3 (чистота 99.90%) рассчитываются в соответствующих стехиометрических соотношениях на необходимую массу навески. После чего Lu2O3, Eu2O3 и ВаСО3 прокаливаются в течение 1 и 3 часов при температурах 900 и 600°С, соответственно. Смесь компонентов помещается в платиновые тигли и подвергается предварительной термообработке в печи при 500°С в течение 25 часов с целью декарбонизации, после чего осуществляется перетирание порошков. Рост монокристаллов осуществляется следующим образом: порошок и выдерживают в печи при 1250°С в течение 1 часа с последующим охлаждением в печи до комнатной температуры в течение 10 часов.
В кристаллической структуре ионы бора и редкоземельных элементов формируют каркас структуры, сложенный треугольниками [BO3] иоктаэдрами [(Lu,Eu)O6], а атомы бария, образующие с атомами кислорода полиэдры [Ba1O8] и [Ba2O11], располагаются в полостях каркаса. Сначала ионы Eu3+ замещают Lu3+ в наиболее подходящие для них больших полиэдрах [Lu2O6] и [Lu3O6], затем (при х=0.14) начинают занимать самые маленькие полиэдры [Lu1O6].
Этим обеспечивается оптимальная концентрация активных ионов европия равна x=0.08 с величиной квантового выхода 28% и соответствуют стандартным значениям координат цветности CIE для красного люминофора (0.67, 0.33) (National Television Standard Committee),
Заявленный способ позволяет получить красноизлучающий люминесцентный материал на основе нового бората состава Ba6(Lu1-xEux)5(B3O9)3, где 0.02≤х≤0.2, который может быть использован в качестве люминофора для изготовления светодиодов (LED). При этом, координаты цветности CIE образцов Ba6(Lu1-xEux)5(B3O9)3 (х=0.02-0.2), равные (0.6658, 0.3340) (Таблица 1, Фиг. 2), очень близко к стандартным значениям координат цветности CIE для красного люминофора (0.67, 0.33) (National Television Standard Committee).
Литература:
1. Y. Wei, G. Xing, K. Liu, K. G. Li, P. Dang, S. Liang, M. Liu, Z. Cheng, D. Jin & J. Lin, New strategy for designing orangish-red-emitting phosphor via oxygen-vacancy-induced electronic localization, Light Sci Appl. 8 (2019) 15.
2. X. Piao, K. Machida, T. Horikawa, H. Hanzawa, Y. Shimomura & N.
Kijima, Preparation of CaAlSiN3:Eu2+ Phosphors by the Self-Propagating High-Temperature Synthe-sis and Their Luminescent Properties, Chem. Mater. 19(18) 2007 4592-4599.
3. X. Huang, Solid-state lighting: red phosphor converts white LEDs, Nat. Photon. 8 (2014) 748-749.
4. T. Jüstel, Luminescent Materials for Phosphor-Converted LEDs. In: Ronda C.R., editor. Luminescence: from Theory to Applications. Wiley-VCH; Wein-heim, Germany: 2008. p. 179.
5. E. Ezerskyte, J. Grigorjevaite, A. Minderyte, S. Saitzek, A. Katelnikovas, Temperature-Dependent Luminescence of Red-Emitting Ba2Y5B5O17:Eu3+ Phosphors with Efficiencies Close to Unity for Near-UV LEDs, Materials. 13(3) (2020) 763.
6. Annadurai, B. Li, B. Devakumar, H. Guo, L. Sun., X. Huang, Synthesis, structural and photoluminescence properties of novel orange-red emitting Ba3Y2B6O15:Eu3+ phosphors, Journal of Luminescence. 208 (2019) 75-81.
7. I.E. Kolesnikov, R.S. Bubnova, A.V. Povolotskiy, Y.P. Biryukov, A.V. Povolotckaia, O.Yu. Shorets, S.K. Filatov, Europium-activated phosphor Ba3Lu2B6O15: influence of isomorphic substitution on photoluminescence properties, Ceramics International. 47(6) (2021) 8030-8034.
Claims (1)
- Способ получения красноизлучающего люминесцентного материала на основе бората бария и лютеция, активированного ионами Eu3+, включающий предварительную термообработку исходных оксидов лютеция и европия, карбоната бария, их смешивание в необходимых стехиометрических соотношениях с ортоборной кислотой и термообработку полученной смеси, отличающийся тем, что термообработку полученной смеси проводят путем ее нагрева до 500°С и выдержки при этой температуре в течение 25 ч, после чего измельчают, перемешивают и помещают в печь для получения монокристаллических агрегатов Ва6(Lu1-xEux)5(В3О9)3, где 0,02≤х≤0,2, при температуре 1250°С в течение 1 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры в течение 10 ч.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2798852C1 true RU2798852C1 (ru) | 2023-06-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004107504A (ja) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Sumitomo Chem Co Ltd | 真空紫外線励起発光素子用の蛍光体 |
CN103320127A (zh) * | 2012-10-09 | 2013-09-25 | 南昌大学 | 一种白光led用的硼酸盐基红色荧光粉及其制备方法 |
RU2693781C2 (ru) * | 2017-12-12 | 2019-07-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Красноизлучающий фотолюминофор для экранов плазменных панелей |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004107504A (ja) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Sumitomo Chem Co Ltd | 真空紫外線励起発光素子用の蛍光体 |
CN103320127A (zh) * | 2012-10-09 | 2013-09-25 | 南昌大学 | 一种白光led用的硼酸盐基红色荧光粉及其制备方法 |
RU2693781C2 (ru) * | 2017-12-12 | 2019-07-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Красноизлучающий фотолюминофор для экранов плазменных панелей |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
G. ANNADURAI et al., Synthesis, structural and photoluminescence properties of novel orange-red emitting Ba3Y2B6O15:Eu3+ phosphors, J. of Luminescence, 2018. EGLE EZERSKYTE et al., Temperature-Dependent Luminescence of Red-Emitting Ba2Y5B5O17:Eu3+ Phosphors with Efficiencies Close to Unity for Near-UV LEDs, Materials, 2020, 13, 763. * |
I.E. KOLESNIKOV et al., Europium-activated phosphor Ba3Lu2B6O15: Influence of isomorphic substitution on photoluminescence properties, Ceram. International, 2021, v. 47, p.p. 8030-8034. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jia et al. | Synthesis and photoluminescence properties of Ce 3+ and Eu 2+-activated Ca 7 Mg (SiO 4) 4 phosphors for solid state lighting | |
JP6039920B2 (ja) | シリケート蛍光体、シリケート蛍光体の製造方法、及びシリケート蛍光体を含む発光装置 | |
Xu et al. | Full color control and white emission from CaZnOS: Ce 3+, Na+, Mn 2+ phosphors via energy transfer | |
Xiao et al. | An efficient blue phosphor Ba2Lu5B5O17: Ce3+ stabilized by La2O3: Photoluminescence properties and potential use in white LEDs | |
Xiong et al. | High-color-purity red-emitting phosphors RE2WO6: Pr3+ (RE= Y, Gd) for blue LED | |
CN102391861B (zh) | 一种氮化合物发光材料及其制法以及由其制成的照明光源 | |
CN111234814B (zh) | 一种Mn4+掺杂的氮氧化物红色荧光粉及制备方法 | |
CN103160278A (zh) | 一种红色长余辉发光材料及其制备方法 | |
US8796722B2 (en) | Light-emitting material of nitrogen compound, preparation process thereof and illumination source manufactured therefrom | |
CN101760194B (zh) | 一种白光led用红色荧光粉及其制备方法 | |
CN102585812B (zh) | 一种深红色荧光粉及其制备方法 | |
CN104334683A (zh) | 掺杂稀土金属和过渡金属的Ca1+xSr1-xGayIn2-ySzSe3-zF2荧光粉及其制备方法和应用 | |
Li et al. | Lu 3+ doping induced photoluminescence enhancement in novel high-efficiency Ba 3 Eu (BO 3) 3 red phosphors for near-UV-excited warm-white LEDs | |
KR100306996B1 (ko) | 신규 램프용 규산염계 형광체 | |
CN107129805B (zh) | 一种铕离子掺杂的硅酸盐白光荧光粉及其制备方法 | |
CN105400511A (zh) | 一种光色可调的高亮度多功能发光材料及其应用 | |
Cao et al. | A new series of borophosphate phosphor Cd3BPO7: M (M= Ce3+, Tb3+, Mn2+) with tunable luminescence and energy transfer properties | |
KR20130101133A (ko) | 형광체, 그 제조 방법 및 발광 장치 | |
RU2798852C1 (ru) | Способ получения красноизлучающего люминесцентного материала | |
CN107163943B (zh) | 一种适于近紫外激发的光谱可调控的荧光粉及其制备方法 | |
Liu et al. | Study on synthesis, optimization and concentration quenching mechanism of deep-blue-emitting BaNa (B3O5) 3: Eu2+ phosphor | |
Tian et al. | Flux-adjusted phase transformation from Ca2SiO4 to Ca3Si2O7 with Eu2+ activator for white light emitting diodes | |
WO2012105689A1 (ja) | 蛍光体、その製造方法及び発光装置 | |
CN102504814B (zh) | 一种紫外光激发的直接白光荧光材料及其制备方法和应用 | |
RU2772826C1 (ru) | Способ получения люминесцентного материала и управления цветностью его свечения |