RU2815085C1 - Method of producing luminescent material - Google Patents

Method of producing luminescent material Download PDF

Info

Publication number
RU2815085C1
RU2815085C1 RU2023123566A RU2023123566A RU2815085C1 RU 2815085 C1 RU2815085 C1 RU 2815085C1 RU 2023123566 A RU2023123566 A RU 2023123566A RU 2023123566 A RU2023123566 A RU 2023123566A RU 2815085 C1 RU2815085 C1 RU 2815085C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
electroexplosive
prepared
aluminum
powders
Prior art date
Application number
RU2023123566A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Мостовщиков
Денис Сергеевич Токарев
Инга Александровна Прищепа
Татьяна Геннадьевна Поданёва
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет"(ТГАСУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет"(ТГАСУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет"(ТГАСУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2815085C1 publication Critical patent/RU2815085C1/en

Links

Abstract

FIELD: electronic industry.
SUBSTANCE: invention relates to the electronic industry and can be used in the manufacture of semiconductor light-emitting devices, as well as luminescent paint coatings intended for operation in the Far North and the Arctic. First, raw materials are prepared, from which a reaction mixture containing powders of strontium oxide, rare-earth metal oxide and electroexplosive aluminum nanopowder is prepared by dry mixing. Powders of strontium oxide and electroexplosive aluminium nanopowder are used in mass ratio of 1:4. Stirring is carried out until achieving a homogeneous colour of the mixture. Prepared mixture is poured into a ceramic crucible and its components react in the mode of self-propagating high-temperature synthesis. Obtained product is cooled to room temperature in conditions of free access to atmospheric air.
EFFECT: invention simplifies the method of producing luminescent material, reduces power consumption and reduces synthesis time.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электронной промышленности, в частности к производству люминофоров и может быть использовано в производстве полупроводниковых светоизлучающих устройств, лакокрасочных люминесцирующих покрытий для работы в условиях Крайнего севера и Арктики.The invention relates to the electronics industry, in particular to the production of phosphors, and can be used in the production of semiconductor light-emitting devices, luminescent paint and varnish coatings for use in the Far North and the Arctic.

Известен способ получения люминофора зеленого свечения (патент RU № 2691366 от 06.07.2018), включающий изготовление реакционной смеси механическим перемешиванием в планетарной мельнице в течение 20 мин порошков пероксидов или оксидов щелочноземельных металлов, оксида европия (III), оксида магния, оксида марганца (II), оксида алюминия, алюминия, перхлората натрия. Затем проводят процесс экзотермического взаимодействия компонентов полученной смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в реакторе открытого типа при атмосферном давлении на воздухе в течение 5 мин. Получают люминофор зеленого свечения общей формулой Me(Mg1-xMnx)Al10O17:Eu2+, где Me представляет собой Ba, Sr или Ca, а 0,1≤х≤0,5.There is a known method for producing a green glow phosphor (RU patent No. 2691366 dated 07/06/2018), which includes preparing a reaction mixture by mechanical stirring in a planetary mill for 20 minutes of powders of peroxides or oxides of alkaline earth metals, europium (III) oxide, magnesium oxide, manganese (II) oxide ), aluminum oxide, aluminum, sodium perchlorate. Then the process of exothermic interaction of the components of the resulting mixture is carried out in the mode of self-propagating high-temperature synthesis in an open reactor at atmospheric pressure in air for 5 minutes. A green glow phosphor is obtained with the general formula Me(Mg1-xMnx)Al10O17:Eu2+, where Me is Ba, Sr or Ca, and 0.1≤x≤0.5.

К недостаткам известного способа следует отнести длительный процесс изготовления реакционной смеси, так как для перемешивания реактивов используется планетарная мельница, а также использование перхлората натрия, который загрязняет синтезируемый продукт натрием, а также является опасным для окружающей среды веществом.The disadvantages of this known method include the lengthy process of preparing the reaction mixture, since a planetary mill is used to mix the reagents, as well as the use of sodium perchlorate, which contaminates the synthesized product with sodium and is also an environmentally hazardous substance.

Наиболее близким по технической сути (прототип) является способ получения люминофора SrAl2O4: Eu+2, Dy+3 методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [1], представленный следующим уравнением:The closest in technical essence (prototype) is the method of producing the phosphor SrAl 2 O 4 : Eu +2 , Dy +3 by the method of self-propagating high-temperature synthesis [1], represented by the following equation:

Недостатками известного технического решения являются, многостадийность технологии, а так же необходимость выдерживать соотношение Al/Al2O3 в одном интервале и необходимость поддержания высокой температуры синтеза в течение длительного времени. Кроме того, для синтеза используется перхлорат натрия, который загрязняет синтезируемый продукт натрием, а также является опасным для окружающей среды веществом.The disadvantages of the known technical solution are the multi-stage nature of the technology, as well as the need to maintain the Al/Al 2 O 3 ratio in one range and the need to maintain a high synthesis temperature for a long time. In addition, sodium perchlorate is used for synthesis, which contaminates the synthesized product with sodium and is also an environmentally hazardous substance.

Задачей изобретения является разработка нового простого и менее энергозатратного способа получения люминесцентного материала, позволяющего снизить время на получение целевого продукта.The objective of the invention is to develop a new simple and less energy-consuming method for producing luminescent material, which allows reducing the time to obtain the target product.

Техническая проблема решается следующим образом.The technical problem is solved as follows.

Способ получения люминесцентного материала, включающий подготовку сырьевых материалов, перемешивание в сухом виде реакционной смеси, содержащей порошки оксида стронция, оксида редкоземельного металла и алюминия, взаимодействие компонентов смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и охлаждение полученного продукта. В качестве порошка алюминия используют электровзрывной нанопорошок алюминия. Порошки оксида стронция и электровзрывного нанопорошка алюминия используют в массовом соотношении 1:4, перемешивание проводят до достижения однородного цвета смеси, после чего засыпают приготовленную смесь в керамический тигель, а охлаждение полученного продукта до комнатной температуры ведут в условиях свободного доступа атмосферного воздуха.A method for producing luminescent material, including preparation of raw materials, dry mixing of a reaction mixture containing powders of strontium oxide, rare earth metal oxide and aluminum, interaction of the components of the mixture in the mode of self-propagating high-temperature synthesis and cooling of the resulting product. Electroexplosive aluminum nanopowder is used as aluminum powder. Powders of strontium oxide and electroexplosive aluminum nanopowder are used in a mass ratio of 1:4, stirring is carried out until a uniform color of the mixture is achieved, after which the prepared mixture is poured into a ceramic crucible, and the resulting product is cooled to room temperature under conditions of free access to atmospheric air.

Приготовленная смесь засыпается в керамический тигель для получения матрицы-носителя в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Горение смеси инициируется любым возможным способом (газовая горелка, нагретая вольфрамовая спираль, прокаливание в печи до воспламенения, лазерное излучение и т.п.). После протекания синтеза в режиме СВС полученный продукт охлаждают до комнатной температуры в условиях свободного доступа атмосферного воздуха. Полученный продукт представляет собой сыпучий порошок алюмината стронция, фазовый состав которого определён методом рентгенофазового анализа. Согласно результатам рентгенофазового анализа получена хорошо окристаллизованная матрица-носитель люминофора, на основе которой изготавливается люминесцентный материал, которая сама не обладает люминесцентными свойствами.The prepared mixture is poured into a ceramic crucible to obtain a carrier matrix in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS). Combustion of the mixture is initiated in any possible way (gas burner, heated tungsten spiral, calcination in a furnace until ignition, laser radiation, etc.). After the synthesis proceeds in the SHS mode, the resulting product is cooled to room temperature under conditions of free access to atmospheric air. The resulting product is a free-flowing powder of strontium aluminate, the phase composition of which was determined by X-ray phase analysis. According to the results of X-ray phase analysis, a well-crystallized phosphor carrier matrix was obtained, on the basis of which a luminescent material is made, which itself does not have luminescent properties.

Пример реализации:Example implementation:

Для приготовления реакционной смеси используют 1 грамм оксида стронция, 4 грамма нанопорошка алюминия, а также 0,15 грамма активатора люминесценции - оксида лантаноида, например, оксида лантана. Оксид стронция представляет собой достаточно крупный порошок, поэтому для увеличения полноты протекания реакции перед смешиванием с порошками компонентами, его растирают в ступке. Затем порошки перемешивают в течение 5 минут в сухом виде до достижения однородного цвета смеси. Готовую смесь засыпают в тигель и помещают в вытяжку и поджигают с помощью спички. Температура пламени составляет не менее 800°С. Время реакции составляет 30 секунд, после протекания реакции формируется твердый продукт: люминесцентный материал. После протекания синтеза в режиме СВС полученный продукт охлаждают до комнатной температуры в условиях свободного доступа атмосферного воздуха.To prepare the reaction mixture, 1 gram of strontium oxide, 4 grams of aluminum nanopowder, and 0.15 grams of a luminescence activator - lanthanide oxide, for example, lanthanum oxide, are used. Strontium oxide is a fairly coarse powder, therefore, to increase the completeness of the reaction, it is ground in a mortar before mixing with the powder components. The powders are then mixed dry for 5 minutes until the color of the mixture is uniform. The finished mixture is poured into a crucible and placed in a hood and set on fire with a match. The flame temperature is at least 800°C. The reaction time is 30 seconds, after the reaction occurs a solid product is formed: a luminescent material. After the synthesis proceeds in the SHS mode, the resulting product is cooled to room temperature under conditions of free access to atmospheric air.

После полного остывания полученный люминесцентный материал пропускают через сито для получения более мелкого порошка, порядка 10 мкм. Далее проводят анализ синтезированного материала методом рентгенофазового анализа. Измерение спектров люминесценции производили на ультрафиолетовом спектрометре USB-2000, предназначенном для проведения различных аналитических исследований (спектры поглощения, пропускания, отражения и спектров люминесценции), измерения качественного и количественного анализа веществ в любом агрегатном состоянии и характеристик источников излучения (лазеров, ламп и т.д.). Спектральный диапазон ультрафиолетового-спектрометра USB-2000 от 200 до 1100 нм. Полученные результаты измерений спектров люминесценции, подтверждающие достигнутый технический результат, представлены на рисунке 1.After complete cooling, the resulting luminescent material is passed through a sieve to obtain a finer powder, about 10 microns. Next, the synthesized material is analyzed by X-ray phase analysis. The luminescence spectra were measured on a USB-2000 ultraviolet spectrometer, designed for carrying out various analytical studies (absorption, transmission, reflection and luminescence spectra), measuring the qualitative and quantitative analysis of substances in any state of aggregation and the characteristics of radiation sources (lasers, lamps, etc.). d.). The spectral range of the USB-2000 ultraviolet spectrometer is from 200 to 1100 nm. The obtained results of measuring the luminescence spectra, confirming the achieved technical result, are presented in Figure 1.

Рентгенограмма представленная на рисунке 2 соответствует основному веществу люминофора, полученная данным методом матрица соответствует химическому составу Sr3Al2O6.The X-ray pattern presented in Figure 2 corresponds to the main substance of the phosphor; the matrix obtained by this method corresponds to the chemical composition of Sr 3 Al 2 O 6 .

На рисунке 3 представлен спектр фотолюминесценции люминесцентного материала: матрицы-носителя алюмината стронция с примесью лантана.Figure 3 shows the photoluminescence spectrum of the luminescent material: the carrier matrix of strontium aluminate with an admixture of lanthanum.

Таким образом, предложенный способ получения люминесцентного материала является более простым, менее энергозатратным и позволяет снизить время на получение целевого продукта.Thus, the proposed method for producing luminescent material is simpler, less energy-consuming and allows reducing the time to obtain the target product.

Источники информации:Information sources:

1. Томилин О.Б., Мурюмин Е.Е., Фадин М.В., Щипакин С.Ю. «Получение люминофора SRAl2O4: EU+2, DY+3 методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза», Естественные и математические науки в современном мире, 2016, № 1(36), с 113-114.1. Tomilin O.B., Muryumin E.E., Fadin M.V., Shchipakin S.Yu. “Preparation of the phosphor SRAl 2 O 4 : EU +2 , DY +3 by the method of self-propagating high-temperature synthesis,” Natural and Mathematical Sciences in the Modern World, 2016, No. 1(36), pp. 113-114.

Claims (1)

Способ получения люминесцентного материала, включающий подготовку сырьевых материалов, перемешивание в сухом виде реакционной смеси, содержащей порошки оксида стронция, оксида редкоземельного металла и алюминия, взаимодействие компонентов смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и охлаждение полученного продукта, отличающийся тем, что в качестве порошка алюминия используют электровзрывной нанопорошок алюминия, порошки оксида стронция и электровзрывного нанопорошка алюминия используют в массовом соотношении 1:4, перемешивание проводят до достижения однородного цвета смеси, после чего засыпают приготовленную смесь в керамический тигель, а охлаждение полученного продукта до комнатной температуры ведут в условиях свободного доступа атмосферного воздуха.A method for producing a luminescent material, including preparing raw materials, dry mixing a reaction mixture containing powders of strontium oxide, rare earth metal oxide and aluminum, interaction of the mixture components in the mode of self-propagating high-temperature synthesis and cooling the resulting product, characterized in that aluminum powder is used electroexplosive aluminum nanopowder, powders of strontium oxide and electroexplosive aluminum nanopowder are used in a mass ratio of 1:4, stirring is carried out until a homogeneous color of the mixture is achieved, after which the prepared mixture is poured into a ceramic crucible, and the resulting product is cooled to room temperature under conditions of free access to atmospheric air .
RU2023123566A 2023-09-12 Method of producing luminescent material RU2815085C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2815085C1 true RU2815085C1 (en) 2024-03-11

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455336C1 (en) * 2010-12-15 2012-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" Method of producing luminophores
RU2562268C1 (en) * 2014-08-12 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Reaction mixture for producing narrow-band blue-emitting phosphor
RU2634024C1 (en) * 2016-10-10 2017-10-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method for producing luminophore with long afterglow
RU2691366C1 (en) * 2018-07-06 2019-06-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of producing green glowing luminophore
RU2758539C1 (en) * 2021-02-10 2021-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» Method for producing phosphor emitting in near ultraviolet region of spectrum
RU2795127C1 (en) * 2022-10-18 2023-04-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method for obtaining a luminescent agent emitting in the orange-red region of the spectrum

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455336C1 (en) * 2010-12-15 2012-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" Method of producing luminophores
RU2562268C1 (en) * 2014-08-12 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Reaction mixture for producing narrow-band blue-emitting phosphor
RU2634024C1 (en) * 2016-10-10 2017-10-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method for producing luminophore with long afterglow
RU2691366C1 (en) * 2018-07-06 2019-06-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method of producing green glowing luminophore
RU2758539C1 (en) * 2021-02-10 2021-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» Method for producing phosphor emitting in near ultraviolet region of spectrum
RU2795127C1 (en) * 2022-10-18 2023-04-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Method for obtaining a luminescent agent emitting in the orange-red region of the spectrum

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ТОМИЛИН О.Б. и др. Получение люминофора SrAl2O4:Eu+2, Dy+3 методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, Естественные и математические науки в современном мире, 2016, т. 36, no. 1, с.с. 111-117. D.S. KSHATRI et al. Synthesis of nanocrystalline SrAl2O4:Eu2+, Dy3+phosphor by combustion technique and its luminescent properties, International J. of Adv. Eng. Res. and Studies, 2015, IV/II/268-270. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peng et al. Combustion synthesis and photoluminescence of SrAl2O4: Eu, Dy phosphor nanoparticles
Li et al. Preparation of SrAl2O4: Eu2+, Dy3+ nanometer phosphors by detonation method
Rakov et al. Photoluminescence analysis of α-Al2O3 powders doped with Eu3+ and Eu2+ ions
JP7498171B2 (en) Surface-coated phosphor particles and light-emitting device
Pradal et al. Investigation on combustion derived BaMgAl 10 O 17: Eu 2+ phosphor powder and its corresponding PVP/BaMgAl 10 O 17: Eu 2+ nanocomposite
Panse et al. Synthesis and optical characterization of CaSr 2 Al 2 O 6: RE 3+(RE= Eu and Tb) phosphor for solid state lighting
JP7507149B2 (en) Surface-coated phosphor particles, method for producing surface-coated phosphor particles, and light-emitting device
Maleka et al. Structural and morphological characterization of photoluminescent cerium-doped near UV-blue sodium ortho-phosphate phosphors
CN113677775A (en) Surface-coated phosphor particle, method for producing surface-coated phosphor particle, and light-emitting device
JP2002501950A (en) Preparation method of high brightness, small particle red light emitting phosphor
KR20080077402A (en) Method for production of blue-light-emitting fluorescent material
RU2815085C1 (en) Method of producing luminescent material
Zambare et al. Thermal analysis and luminescent properties of Sr2CeO4 blue phosphor
Shafia et al. Combusion synthesis, structural and photo-physical characteristics of Eu 2+ and Dy 3+ co-doped SrAl 2 O 4 phosphor nanopowders
Tamrakar et al. Combustion synthesis and luminescence behaviour of the Tb 3+ doped SrY 2 O 4 phosphor
RU2634024C1 (en) Method for producing luminophore with long afterglow
Rao et al. The Effect of Flux on Photoluminescence Properties of Sm3+ Doped Sr2ceo4 Phosphor
Stefani et al. Highly enhanced luminescence of SrB4O7: Eu2+ phosphor prepared by the combustion method using glycine as fuel
Tomilin et al. Preparation of MgAl2O4 Spinel Activated with Manganese Ions by Self-Propagating High-Temperature Synthesis
Panse et al. Synthesis and study of trivalent cerium activated Ca2Pb3 (PO4) 3Cl noval blue emitting phosphor for solid state lighting
RU2795127C1 (en) Method for obtaining a luminescent agent emitting in the orange-red region of the spectrum
Manaka et al. Dependence of manganese phosphorescence on crystal lattice sites of spinel aluminate hosts
Murthy et al. Effect of flux on the formation of Sr2CeO4 phosphor doped with Er
RU2817249C1 (en) Method of producing red emitting luminophore
RU2691366C1 (en) Method of producing green glowing luminophore