Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб отримання люмінофору на основі тербій-ітрій алюмінієвого гранату, активованого іонами церію, що включає приготування реакційної суміші шляхом змішування похідних компонентів Тb4O7, або Тb4O7+Y2O3, активованих церієм, її відпал у відновлювальному середовищі, який відрізняється тим, що спочатку компоненти реакційної суміші розчиняють у мінеральній кислоті, отримують осад оксалатів металів, який піддають випалу при температурі 850 °C, далі додають оксид алюмінію Аl2О3 з розміром часток 30-70 нм, а відпал суміші здійснюють при температурі 1200-1300 °C

Текст

Реферат: Спосіб отримання люмінофору на основі тербій-ітрій алюмінієвого гранату, активованого іонами церію, включає приготування реакційної суміші шляхом змішування похідних компонентів активованих церієм, її відпал у відновлювальному середовищі. Компоненти реакційної суміші розчиняють у мінеральній кислоті, отримують осад оксалатів металів, який піддають випалу. UA 72746 U (12) UA 72746 U UA 72746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фізико-хімії кристалофосфорів, а саме до способу отримання люмінофорів для енергозберігаючих світлодіодних джерел світла на основі тербій-ітрій алюмінієвих гранатів, активованих іонами церію. 3+ Відомо, що ітрій алюмінієвий гранат, активований іонами церію, Y3Al5O12:Ce широко використовується як люмінофора для світлодіодних джерел світла (СДС) (див. Н.А. Commanzo, Патент США 6409938 В1 (2002); S. Ye, F. Xiao, Y.X. Pan, Y.Y. Ma, Q.Y. Zhang. Phosphors in phosphor-converted white light-emitting diodes: Recent advances in materials, techniques and properties. // Materials Science and Engineering R.-2010. - V. 71. -P. 1-34.). Головний недолік цього люмінофору полягає у дефіциті червоної компоненти у спектрі його випромінювання, що робить неможливим отримання світлодіодів з високим індексом світлопередачі (R a80). 3+ 3+ 3+ Відомо, що заміщення іонів Y іонами Тb у Y3Al5O12:Ce супроводжується зсувом 3+ максимуму випромінювання Се з 540-550 до 560-565 нм та збільшенням півширини смуги люмінесценції з 116 до 125 нм, що поліпшує спектральний склад випромінювання матеріалів. Хоча інтегральна інтенсивність люмінесценції (1 інт) активованих іонами церію ітрій-тербій 3+ алюмінієвих гранатів дорівнює відносно Y3Al5O12:Ce лише 75-90 %, сприятливий спектральний склад випромінювання робить їх більш придатними для створення білих СДС з високим індексом світлопередачі. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є синтез люмінофорів загального 3+ складу (Y, Tb)Al5O12:Ce методом твердофазної реакції, що включає приготування суміші оксидів Y2O3, Аl2О3, Тb4О7, СеО2 шляхом розмолу та змішування реагентів в етиловому спирті, відпал суміші при температурі 1500 °C протягом не менш ніж 3 години у відновлювальному середовищі. Кінцевий продукт піддають ультразвуковому або механічному здрібнюванню до необхідного рівня (див. H.S. Jang, W.B. Im, D.C. Lee, D.Y. Jeon, S.S. Kim. Enhancement of red 3+ spectral emission intensity of Y3Al5O12:Ce phosphor via Pr co-doping and Tb substitution for the application to white LEDs // J. Luminescence.-2007. - V. 126. - P. 371-377). Даний спосіб вибраний за найближчий аналог. Найближчий аналог і спосіб, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: 1. однаковий метод синтезу - приготування суміші високочистих оксидів, шляхом розмолу та змішування реагентів, відпал суміші; 2. стехіометричний вміст компонентів в реакційній суміші; 3. використання відновлювального середовища для запобігання окиснення іонів тербію 3+ 3+ (Тb ) та церію (Се ). Проте відомий спосіб характеризується високою температурою синтезу (1500 °C), що потребує більших енергетичних витрат та коштовного обладнання для проведення процесу відпалу. В основу корисної моделі поставлено задачу отримання люмінофору підвищеної ефективності при нижчій температурі синтезу. Поставлена задача вирішується тим, що отримання люмінофору на основі тербій-ітрій алюмінієвого гранату, активованого іонами церію, що передбачає приготування реакційної суміші шляхом змішування похідних компонентів Тb4O7, або Тb4O7+Y2O3, СеО2, її відпал у відновлювальному середовищі, тим, що спочатку реакційну суміш розчиняють у мінеральній кислоті, отримують осад оксалатів металів, який піддають випалу при температурі 850 °C, далі додають оксид алюмінію АІ2О3 з розміром часток 30-70 нм, а відпал суміші здійснюють при температурі 1200-1300 °C. Крім того, до оксиду тербію або оксиду тербію з оксидом ітрію, активованих СеО 2, додають нанорозмірний оксид алюмінію Аl2О3 з розміром часток 30-70 нм, а відпал суміші здійснюють при температурі 1300 °C. Нанорозмірний Аl2О3 отримано методом газодисперсного синтезу авторами запропонованої корисної моделі. Розподіл часток Аl2О3 за розмірами, одержаний за допомогою аналізатора розміру часток Shimadzu SALD-2201 (фіг. 1). Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак полягає в наступному: - використання Аl2О3 з розміром часток 30-70 нм (замість мікрокристалічного) завдяки підвищенню ефективності атомної дифузії сприяє формуванню люмінесцентних матеріалів 3+ загального складу (Тb,Y) 3Al5O12:Ce при температурах 1200-1300 °C та дозволяє підвищити відносну інтегральну інтенсивність їх люмінесценції на 8-14 %. Спосіб отримання люмінофорів на основі тербій-ітрій алюмінієвих гранатів, активованих іонами церію, здійснюється таким чином. Розраховані за рівнянням реакції стехіометричні кількості оксидів ітрію і тербію поміщають у скляну ємкість і розчиняють у нагрітій азотній кислоті до одержання прозорого розчину. Потім до нього додають титрований розчин Се(NО3)3, приготовлений з розчиненого в азотній кислоті діоксиду церію. До отриманої суміші нітратів Y, Tb і Се доливають гарячий (90 °C) насичений 1 UA 72746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 водний розчин щавлевої кислоти. Процес здійснюють при постійному перемішуванні. Потім склянку з осадом ставлять на водяну баню й витримують при температурі 80-90 °C протягом 1,5 години. Після відстоювання протягом 12 годин при кімнатній температурі осад оксалатів металів фільтрують, промивають гарячою дистильованою водою на фільтрі й сушать при температурі 105 °C. Висушений осад поміщають в алундовий тигель і піддають випалу на повітрі при температурі 850 °C протягом 1,5 години. Отриманий продукт подрібнюють і змішують із розрахованою кількістю оксиду алюмінію. Потім суміш поміщають в алундовий тигель і піддають термічній обробці при температурі 1300 °C протягом 3 годин. Відпал проводять у відновлювальному середовищі оксиду карбону, для чого алундовий тигель із реакційною сумішшю накривають кришкою й розміщають у тиглі більшого розміру, а простір між ними заповнюють графітом або активованим вугіллям. Накритий кришкою з алунду великий тигель потім поміщають у піч і нагрівають до 1300 °C. Для одержання матеріалу із заданим середнім розміром часток кінцевий продукт піддають ультразвуковому або механічному здрібнюванню до необхідного рівня, а потім просівають через сита. Люмінофор контролюють методами рентгенофазового і люмінесцентного аналізу. Приклад 1 3+ Для синтезу 10 г люмінофора складу (Тb0.8Y0.2)Al5O12:Ce (3 %) розраховані кількості оксидів ітрію (756.3 мг) і тербію (5668.9 мг) поміщали у скляну ємкість і розчиняли у нагрітій до 80 °C азотній кислоті до одержання прозорого розчину. Потім додавали титрований розчин Се(NО 3)3, що містить 203,1 мг СеО2. До отриманої суміші нітратів Y, Тb і Се доливали гарячий (90 °C) насичений водний розчин щавлевої кислоти для отримання осаду оксалатів. Процес здійснювали при постійному перемішуванні. Потім склянку з осадом ставили на водяну баню й витримували при температурі 80-90 °C протягом 1,5 години. Після відстоювання протягом 12 годин при кімнатній температурі осад оксалатів металів фільтрували, промивали гарячою дистильованою водою на фільтрі і сушили при температурі 105 °C. Висушений осад поміщали в алундовий тигель і піддавали випалу при температурі 850 °C протягом 1,5 години. Отриманий продукт подрібнювали протягом 25 хвилин і змішували в етиловому спирті із розрахованою кількістю нанокристалічного оксиду алюмінію (2844.5 мг). Потім суміш поміщали в алундовий тигель і піддавали термічній обробці при температурі 1200-1300 °C протягом 3 годин. Подовження терміну відпалу не приводило до покращення спектрально-люмінесцентних характеристик люмінофору. Відпал проводили у відновлювальному середовищі оксиду карбону для чого алундовий тигель із реакційною сумішшю накривали кришкою і розміщали у тиглі більшого розміру, а простір між ними заповнювали графітом або активованим вугіллям. Накритий кришкою з алунду великий тигель потім поміщали у піч і нагрівали до 1200-1300 °C. Приклад 2 3+ Синтез 10 г люмінофора складу (Тb0.8Y0.2)Al5O12:Ce (3 %) здійснювали аналогічно прикладу 1 за винятком того, що в реакційну суміш замість нанокристалічного реагенту вносять 2844.5 мг (АІ2О3) промислового мікрокристалічного оксиду алюмінію. Спектри випромінювання отриманих люмінофорів і комерційного люмінофору ФЛЖ 7-01 3+ (Y3Al5O12:Ce ) зіставлені на фіг. 2. В табл. 1 проведено порівняння спектрально-люмінесцентних характеристик синтезованих люмінофорів складу (Тb0.8Y0.2)3(1-х)Се3xАl5О12 (х=0.03) та ФЛЖ-7-01 при довжині хвилі збудження =460 нм. Таблиця 1 Зразок ФЛЖ-7-01 TYAG-I TYAG-II mах (НМ) 550 ~562 ~562 Характеристики смуги люмінесценції Іінт (відн. од.) Півширина люм (нм) 116±1 100 125±2 91 125±2 82 45 50 ФЛЖ-7-01 - комерційний люмінофор на основі ітрій алюмінієвого гранату (НПК "Люмінофор"); TYAG-I люмінофор складу (Тb0.8Y0.2)3(1-х)Се3xАl5О12 (х=0.03), синтезований з додаванням нанорозмірного Аl2О3 (приклад 1); TYAG-II - люмінофор складу (Тb0.8Y0.2)3(1-х)Се3xАl5О12 (х=0,03), синтезований з додаванням мікрокристалічного Аl2О3 (приклад 2). Як видно з табл. 1 відносна інтегральна інтенсивність люмінесценції зразка, синтезованого заявленим способом, дорівнює 90 % від інтегральної інтенсивності промислового люмінофору 2 UA 72746 U 5 10 15 20 25 ФЛЖ-7-01 та перевищує відносну інтегральну інтенсивність люмінесценції зразка синтезованого з використанням мікрокристалічного Аl2О3 (див. фіг. 2). Приклад 3 3+ Для синтезу 10 г люмінофора складу Тb3Аl5О12:Се (3 %) розраховану кількість оксиду тербію (6768.3 мг) поміщали у скляну ємкість і розчиняли у нагрітій до 80 °C азотній кислоті до одержання прозорого розчину. Потім додавали титрований розчин Се(NO 3)3, що містить 192,5 мг СеО2. До отриманої суміші нітратів Тb і Се доливали гарячий (90 °C) насичений водний розчин щавлевої кислоти для отримання осаду оксалатів. Процес здійснювали при постійному перемішуванні. Потім склянку з осадом ставили на водяну баню й витримували при температурі 80-90 °C протягом 1,5 години. Після відстоювання протягом 12 годин при кімнатній температурі осад оксалатів металів фільтрували, промивали гарячою дистильованою водою на фільтрі і сушили при температурі 105 °C. Висушений осад поміщали в алундовий тигель і піддавали випалу при температурі 850 °C протягом 1.5 годин. Отриманий продукт подрібнювали продовж 25 хвилин і змішували у етиловому спирті з розрахованою кількістю нанокристалічного оксиду алюмінію (3171.6 мг). Потім суміш поміщали в алундовий тигель і піддавали термічній обробці при температурі 1300 °C протягом 3 годин. Відпал проводили у відновлювальному середовищі оксиду карбону для чого алундовий тигель із реакційною сумішшю накривали кришкою і розміщали у тиглі більшого розміру, а простір між ними заповнювали графітом або активованим вугіллям. Накритий кришкою з алунду великий тигель потім поміщали у піч і нагрівали до 1300 °C. Приклад 4 3+ Синтез 10 г люмінофора складу ТbАl5О12:Се (3 %) здійснювали аналогічно прикладу 3 за винятком того, що в реакційну суміш замість нанокристалічного реагенту вносять 3117,6 мг (Аl2О3) комерційного мікрокристалічного оксиду алюмінію. В табл. 2 проведено порівняння спектрально-люмінесцентних характеристик синтезованих люмінофорів складу Тb3(1-х)Се3xАl5О12 (х=0.03) та ФЛЖ-7-01 при довжині хвилі збудження =460 нм. Таблиця 2 Зразок ФЛЖ-7-01 TAG-I TAG-II 30 35 40 mах (НМ) 550 ~564 ~564 Характеристики смуги люмінесценції Іінт (відн. од.) Півширина люм (НМ) 116±1 100 125±2 92 126±2 80,5 ФЛЖ-7-01 - комерційний люмінофор на основі ітрій алюмінієвого гранату (НПК "Люмінофор"); TAG-I - люмінофор складу Тb3(1-х)Се3xАl5О12 (х=0,03), синтезований з додаванням нанорозмірного Аl2О3; TAG-II - люмінофор складу Тb3(1-х)Се3xАl5О12 (х=0,03), синтезований з додаванням мікрокристалічного Аl2О3. Як видно з табл. 2 відносна інтегральна інтенсивність люмінесценції зразка Тb 3(1-х)Се3xАl5О12 (х=0,03), синтезованого заявленим способом, перевищує на 14 % інтегральну інтенсивність зразка аналогічного складу, отриманого з використанням як реагенту мікрокристалічного оксиду алюмінію, і дорівнює 92 % від інтегральної інтенсивності промислового люмінофору ФЛЖ-7-01 3+ (Y3Al5O12:Ce ). Таким чином, спосіб, що заявляється, дозволяє одержати люмінофори загального складу 3+ (Tb, Y)3Аl5О12:Се підвищеної ефективності при нижчій температурі синтезу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб отримання люмінофору на основі тербій-ітрій алюмінієвого гранату, активованого іонами церію, що включає приготування реакційної суміші шляхом змішування похідних компонентів Тb4O7, або Тb4O7+Y2O3, активованих церієм, її відпал у відновлювальному середовищі, який відрізняється тим, що спочатку компоненти реакційної суміші розчиняють у мінеральній кислоті, отримують осад оксалатів металів, який піддають випалу при температурі 850 °C, далі додають оксид алюмінію Аl2О3 з розміром часток 30-70 нм, а відпал суміші здійснюють при температурі 1200-1300 °C. 3 UA 72746 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Process for producing luminophor based on terbium-yttriumaluminium garnet activated with cerium ions

Автори англійською

Dotsenko Volodymyr Pavlovych, Berezovska Iryna Vsevolodivna, Polietaiev Mykola Ivanovych, Doroshenko Yulia Oleksandrivna, Vovchuk Yakiv Illich, Yefriushyna Ninel Petrivna, Zubar Olena Volodymyrivna

Назва патенту російською

Способ получения люминофора на основе тербий-иттрий алюминиевого граната, активированного ионами церия

Автори російською

Доценко Владимир Павлович, Березовская Ирина Всеволодовна, Полетаев Николай Иванович, Дорошенко Юлия Александровна, Вовчук Яков Ильич, Ефрюшина Нинель Петровна, Зубар Елена Владимировна

МПК / Мітки

МПК: C09K 11/64, C09K 11/08, C09K 11/77

Мітки: гранату, отримання, алюмінієвого, люмінофору, основі, тербій-ітрій, спосіб, церію, іонами, активованого

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/6-72746-sposib-otrimannya-lyuminoforu-na-osnovi-terbijj-itrijj-alyuminiehvogo-granatu-aktivovanogo-ionami-ceriyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб отримання люмінофору на основі тербій-ітрій алюмінієвого гранату, активованого іонами церію</a>

Подібні патенти