Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения

Изобретение может быть использовано при изготовлении экологически чистых источников света. Сначала готовят исходную смесь следующих компонентов, мол.%: карбонат калия K2CO3 - 12,5; карбонат кальция CaCO3 - 25; борную кислоту Н3ВО3 - 50 и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5. Полученную смесь отжигают при 650°C в течение суток. Затем отожженный порошок перетирают, таблетируют, повторно нагревают до 850°C и выдерживают при этой температуре 8-12 ч. Полученный фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората имеет состав KCaNd(BO3)2, пространственную группу Pbca орторомбической сингонии, параметры решетки , Z=8 и излучает свет в диапазоне 850-1080 нм. Изобретение позволяет расширить арсенал материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к новому соединению класса люминофоров с общей формулой АВС(ВО3)2, где А, В, С - катионы щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, в частности, к неодимовому ортоборату калия-кальция состава KCaNd(BC3)2, обладающего фотолюминесцентными свойствами.

В настоящее время большое количество работ направлено на разработку материалов, используемых в качестве экологически чистых источников света и люминофоров нового поколения. Одним из перспективных классов таких материалов являются бораты, которые имеют очень высокую химическую стабильность, термическую и радиационную стойкость, широкую область прозрачности, высокий порог лазерного разрушения. Кроме того, бораты обладают широким разнообразием химического состава и кристаллической структуры, что коррелирует со способностью атома бора образовывать различные анионные (ВО3, ВО4) и полианионные группы (В2О6, В5О10 и др.). Согласно теории анионных групп [Chen С., Sasaki Т., Li R., Wu Z., Lin Z., Mori Y., Hu Z., Wang J., Uda S., Yoshimura M., Kaneda Y. Nonlinear Optical Borate Crystals, Principles and Applications.// Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2012, P. 387] соединения с изолированными [ВО3]-треугольниками и [ВО4]-тетраэдрами перспективны для использования в широком спектральном диапазоне от глубокого УФ до ближнего ИК. Можно отметить, что в последние годы проводятся многочисленные исследования по синтезу и изучению физико-химических свойств новых трехкатионных ортоборатов, включающих в свой состав редкоземельные, щелочноземельные и щелочные металлы одновременно.

При замещении катиона Ва на Sr в ортоборатах KBaR(BO3)2 нами синтезированы новые люминофоры семейства KSrR(BO3)2 [А.Е. Kokh, N.G. Kononova, V.S. Shevchenko, Yu.V. Seryotkin, b, A.K. Bolatov, Kh.A. Abdullin, B.M. Uralbekov, M. Burkitbayev. Syntheses, crystal structure and luminescence properties of the novel isostractural KSrR(BO3)2 with R=Y, Yb, Tb// Journal of Alloys and Compounds 711, 2017, P. 440-445; а также фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората формульного состава KSrTb(ВО3)2, излучающий свет в диапазоне от 355 нм до 620 нм [Евразийский патент №025559, МПК: C09K 11/88, C09K 11/63, C09K 11/55, опубл. 2017.01.30].

Нами установлено, что благодаря возможности замещения в катионной позиции KSrTb(BO3)2 Sr на Са и Tb на Nd можно получать новые люминофоры, превосходящие по своим функциональным свойствам используемые в настоящее время. Такие материалы - потенциальные носители новых физико-химических свойств. Тип структуры, а, следовательно, и свойства, будут зависеть от размеров катионов, входящих в этот кристалл. Замещение Sr на Са приводит к переходу структуры из моноклинной в орторомбическую, а замещение Tb на Nd приводит к получению фотолюминесцентного материала с излучением в ИК области спектра.

Таким образом, задача расширения арсенала материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами является актуальной.

Поставленная задача решена путем использования редкоземельного ортобората формульного состава KCaNd(BO3)2 в качестве фотолюминесцентного материала, излучающего свет в диапазоне от 850 нм до 1080 нм и имеющего пространственную группу Pbca орторомбической сингоний, параметры решетки , , Z=8.

Поставленная задача решена также в способе получения фотолюминесцентного материала редкоземельного ортобората формульного состава KCaNd(BO3)2 твердофазным синтезом, включающим приготовление исходной смеси компонентов, взятых в соотношении с формульным составом KCaNd(BO3)2, содержащих, соответственно, мол.%: карбонат калия K2CO3 - 12,5%; карбонат кальция CaCO3 - 25%; борную кислоту Н3ВО3 - 50% и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5%, отжиг исходной смеси при температуре 650°C в течение суток, перетирание, таблетирование отожженного порошка и повторный нагрев до 850°C с выдержкой в течение 8-12 ч.

На фиг. 1 представлена структура KCaNd(BO3)2, показывающая координацию атомов Nd (слой А) и Са, K (слой Б); на фиг. 2 - спектр люминесценции KCaNd(BO3)2; на фиг. 3 - рентгенограммы KCaNd(BO3)2: а - для порошка (х - примесь CaNdBO4); 6 - для таблетки; в - расчетная.

Соединение KCaNd(BO3)2 кристаллизуется в орторомбической сингоний с пространственной группой Pbca и параметрами элементарной ячейки , , Z=8. Типичная двухслойная структура этого соединения показана на фиг. 1. Все атомы бора данного соединения имеют одну координацию изолированных BO3-треугольников, которые ориентированы перпендикулярно оси с для слоя А и вдоль для слоя В. Слой А сформирован NdO9-полиэдрами соединенными BO3-треугольниками, слой В СаО6- и КO8-полиэдрами также соединенными BO3-треугольниками.

Спектр фотолюминесценции KCaNd(ВО3)2 при комнатной температуре, возбуждаемый УФ-излучением с длиной волны 355 нм, приведенный на фиг. 2, состоит из двух полос в спектральных диапазонах 850-950 нм и 1040-1080 нм, соответствующих электронным переходам с метастабильного уровня неодима 4F3/2 на уровни терма 4IJ. Наиболее интенсивные пики в спектре люминесценции на переходах 4F3/24I9/2 и 4F3/24I11/2 приходятся на 880 и 1060 нм, соответственно.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующим примером.

Пример. Твердофазный синтез проводился из смеси компонентов, взятых в соотношении с формульным составом KCaNd(ВО3)2, содержащих, соответственно, мол.%: карбонат калия K2CO3 - 12,5%; карбонат кальция СаСО3 - 25%; борную кислоту Н3ВО3 - 50% и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5%. Исходную шихту перетирали для получения однородной смеси и загружали в платиновый тигель. Тигель помещали в нагревательную установку при температуре 650°С и выдерживали в течение суток для удаления Н2О и СО2. После отжига продукт синтеза тщательно перетирали и прессовали в таблетку. Прессование таблетки производилось на гидравлическим прессе с давлением 50 кг/см2. Таблетку (диаметр 10 мм, высота 1,5 мм) помещали в тигель и ступенчато повышали температуру на 50°С. Время выдержки составляло 8-12 ч. Синтезированные при разных температурах образцы исследовали с помощью рентгенофазового анализа (РФА). Соединение KCaNd(ВО3)2 получено при температуре 850°С (фиг. 3б). Критерием завершенности твердофазной реакции являлось отсутствие примесных фаз на рентгенограмме образца. Рентгенограмма KCaNd(ВО3)2 хорошо согласуется с расчетной (фиг. 3в).

При синтезе KCaNd(ВО3)2 традиционным твердофазным синтезом из исходной смеси компонентов на рентгенограммах порошков, отожженных при 850°С наблюдаются примеси промежуточных продуктов реакции, а при 900°С примесь продукта разложения - CaNdBO4 (фиг. 3а).

При таблетировании порошка увеличивается контактная поверхность и ускоряется взаимодействие между реагирующими компонентами. Это позволяет снизить температуру твердофазного синтеза до 850°С и получить соединения KCaNd(ВО3)2.

Таким образом, открытием нового люминофора KCaNd(ВО3)2 решается задача расширения арсенала материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами, и найден способ его получения твердофазным синтезом из таблетированных образцов при 850°С.

1. Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората состава KCaNd(BO3)2, излучающий свет в диапазоне от 850 нм до 1080 нм, имеющий пространственную группу Pbca орторомбической сингонии и параметры решетки , Z=8.

2. Способ получения фотолюминесцентного материала редкоземельного ортобората состава KCaNd(BO3)2 твердофазным синтезом, включающим приготовление исходной смеси компонентов, содержащих, соответственно, мол.%: карбонат калия K2CO3 - 12,5%; карбонат кальция CaCO3 - 25%; борную кислоту Н3ВО3 - 50% и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5%, отжиг исходной смеси при температуре 650°C в течение суток, перетирание, таблетирование отожженного порошка и повторный нагрев до 850°C с выдержкой в течение 8-12 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения ориентированных кристаллов слоистых гидроксисолей на основе гадолиния, которые могут быть использованы в производстве катализаторов, адсорбентов и анионно-обменных материалов, а также для формирования функциональных покрытий при создании различных гетероструктур и приборов для конверсии электромагнитного излучения, сенсоров и многоцветных светоизлучающих диодов (LEDs).

Изобретение относится к неорганической химии и индикаторной технике и может быть использовано при изготовлении плазменных панелей, возбуждаемых постоянным и переменным полем.

Изобретение относится к химии и может быть использовано при производстве люминесцентных материалов для источников и преобразователей света. Готовят реакционную смесь 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.

Изобретение относится с области светотехники и может быть использовано в светодиодах для автомобилей. Источник (1) света содержит источник когерентного возбуждающего излучения (3) в виде твердотельного лазера (2) с максимумом испускания в спектральном интервале 340-480 нм и монокристалл (4) кристаллофосфора, имеющий состав (Y0,15Lu0,85)3Al5O12 или химическую формулу B1-qAlO3:Dq, где В - по меньшей мере один из химических элементов Y, Lu и Gd, D - по меньшей мере один из химических элементов Eu, Sm, Ti, Mn, Pr, Dy, Cr и Се, q - от 0,0001 до 0,2, а содержание химических элементов, обозначенных в указанной химической формуле как D, составляет 0,01-20 мол.%.
Изобретение может быть использовано в системах визуализации света ультрафиолетового диапазона, рентгеновского и электронного излучения. Сначала готовят три исходных раствора I, II, III.

Изобретение относится к технологии получения поликристаллических сцинтилляционных материалов, применяемых в различных областях науки и техники, важнейшими из которых являются: медицинские и промышленные томографы, системы таможенного контроля и контроля распространения радиоактивных материалов, приборы дозиметрического контроля, различные детекторы для научных исследований, применяемые в физике высоких энергий и астрофизике, оборудование для геофизических исследований для нефте- и газоразведки.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при изготовлении дисплеев с полевой эмиссией электронов или фотолюминесцентных приборов. Люминофор на основе титаната кальция, активированный празеодимом (III), имеет общую формулу Ca1-xPrxTiO3, где 0,001≤х≤0,005.
Изобретение может быть использовано в электронике. Германат редкоземельных элементов состава Ca2La8(1-х)Eu8хGe6O26, где 0,05≤х≤0,15, в наноаморфном состоянии используют в качестве люминофора белого цвета свечения.

Изобретения относятся к области медицины, физики высоких энергий и разведки природных ресурсов и могут быть использованы в томографах и счётчиках излучения. Люминофоры со структурой граната содопированы одновалентным или двухвалентным катионом по меньшей мере одного типа при молярном отношении 7000 м.д.

Изобретение относится к технологии получения сцинтилляционного кристаллического материала для детекторов излучения, используемых для приборов позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), рентгеновской компьютерной томографии (КТ), различных радиметров в области физики высоких энергий, ресурсодобывающих приборов.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при юстировке лазерных систем, анализе распределения интенсивности излучения в лазерном пучке, а также для защиты денежных знаков и ценных бумаг.

Изобретение относится к неорганической химии и индикаторной технике и может быть использовано при изготовлении плазменных панелей, возбуждаемых постоянным и переменным полем.

Изобретение относится к способу нанесения фотолюминесцентного материала на поверхность отлитого полимерного материала транспортного средства. Способ содержит этап, на котором фотолюминесцентный материал растворяют в воде для создания раствора.

Изобретение относится к химии и может быть использовано при производстве люминесцентных материалов для источников и преобразователей света. Готовят реакционную смесь 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.

Изобретение относится к области органической химии, а именно к новым производным бордипиррометена. Предложено соединения общей формулы I, где R означает O(CH2)1-10CH3, NH-(CH2)1-12N3, а также применение соединения.

Изобретение относится с области светотехники и может быть использовано в светодиодах для автомобилей. Источник (1) света содержит источник когерентного возбуждающего излучения (3) в виде твердотельного лазера (2) с максимумом испускания в спектральном интервале 340-480 нм и монокристалл (4) кристаллофосфора, имеющий состав (Y0,15Lu0,85)3Al5O12 или химическую формулу B1-qAlO3:Dq, где В - по меньшей мере один из химических элементов Y, Lu и Gd, D - по меньшей мере один из химических элементов Eu, Sm, Ti, Mn, Pr, Dy, Cr и Се, q - от 0,0001 до 0,2, а содержание химических элементов, обозначенных в указанной химической формуле как D, составляет 0,01-20 мол.%.
Изобретение может быть использовано в системах визуализации света ультрафиолетового диапазона, рентгеновского и электронного излучения. Сначала готовят три исходных раствора I, II, III.

Изобретение относится к технологии получения поликристаллических сцинтилляционных материалов, применяемых в различных областях науки и техники, важнейшими из которых являются: медицинские и промышленные томографы, системы таможенного контроля и контроля распространения радиоактивных материалов, приборы дозиметрического контроля, различные детекторы для научных исследований, применяемые в физике высоких энергий и астрофизике, оборудование для геофизических исследований для нефте- и газоразведки.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способу получения поликристаллов четверных соединений ALnAgS3 (A=Sr, Eu; Ln=Dy, Но) моноклинной сингонии со структурой типа BaErAgS3, которые перспективны для применения в качестве люминофоров, полупроводников и неметаллических ферромагнетиков, оптических материалов.
Изобретение может быть использовано в электронике. Германат редкоземельных элементов состава Ca2La8(1-х)Eu8хGe6O26, где 0,05≤х≤0,15, в наноаморфном состоянии используют в качестве люминофора белого цвета свечения.

Изобретение относится к неорганической химии и индикаторной технике и может быть использовано при изготовлении плазменных панелей, возбуждаемых постоянным и переменным полем.

Изобретение может быть использовано при изготовлении экологически чистых источников света. Сначала готовят исходную смесь следующих компонентов, мол.: карбонат калия K2CO3 - 12,5; карбонат кальция CaCO3 - 25; борную кислоту Н3ВО3 - 50 и оксид редкоземельного элемента неодима Nd2O3 - 12,5. Полученную смесь отжигают при 650°C в течение суток. Затем отожженный порошок перетирают, таблетируют, повторно нагревают до 850°C и выдерживают при этой температуре 8-12 ч. Полученный фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората имеет состав KCaNd2, пространственную группу Pbca орторомбической сингонии, параметры решетки, Z8 и излучает свет в диапазоне 850-1080 нм. Изобретение позволяет расширить арсенал материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх