Люминесцентный материал

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Малашкевич Георгий Ефимович Семкова Галина Ивановна Хотченкова Татьяна Георгиевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Люминесцентный материал, содержащий кремний, церий, тербий и кислород, отличающийся тем, что содержит эти элементы в следующем соотношении, мас.2 50-95 223 4-40 23 1-10,при этом атомарное отношение / составляет 4-16. 2. Люминесцентный материал по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид щелочноземельного металла в количестве 0,2-3,0 мас. . Изобретение относится к люминесцентным материалам, в частности к -содержащему ультрадисперсному оксидному порошку, полученному по золь-гель процессу, который может использоваться в качестве светового трансформатора из ультрафиолетовой в желто-зеленую область спектра, например, в люминесцентных лампах и экранах, а также в качестве катодолюминофора. Известно люминесцирующее кварцевое стекло (патент РБ 6969, приоритет от 2002.02.28, зарегистрирован 2004.12.14) следующего состава, мас.(98,5-99,9) 2,(0,05-1,00) 23, (0,05-0,50) 23, при этом атомарное соотношение церий/тербий(/) составляет не менее единицы. После перемалывания из этого стекла можно получить порошок, пригодный для использования в люминесцентных лампах и экранах. Основными недостатками такого порошка являются относительно невысокие значения показателя поглощения в ультрафиолетовой области спектра и интенсивности люминесценции в желто-зеленой области из-за низкой концентрации соактиваторов. Известна люминесцентная нанофазовая связующая система для УФ и ВУФ применений, излучающая видимый свет при УФ- и ВУФ-возбуждении (патент США 6531074 В 2 от 2003.03.11, МКП 01 1/6209 11/0803 3/0603 3/095), ко 13650 1 2010.10.30 торая включает наночастицы 2 размером менее 50 нм, легированные тербием или тербием и иттрием с концентрацией (мол. ) 423 и (6-8)2 О 3. Основным недостатком известной люминесцентной системы является невысокая удельная интенсивность люминесценции при возбуждении в области ближнего ультрафиолета (280-380 нм) изза низкого значения коэффициента поглощения, которое на 2-3 порядка ниже пикового значения при 225 нм. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является оксинитридный флуоресцентный материал (патент США 7470378 В 2 от 2008.12.30, МКП 09 11/79,01 1/63), содержащий в качестве основной компоненты кристаллическую фазу общей формулы 38114 или 38-11-4, где 0 х 4, в которую в качестве компоненты центра люминесценции добавлен оптически активный элемент (М),включающий один или более элементов, выбранных из марганца , церия , празеодима , неодима , самария , европия , гадолиния , тербия , диспрозия , гольмия , эрбия , тулия , иттербияи лютеция . Основными недостатками прототипа являются малая доля квантов ( 40 ), излучаемых в желто-зеленой области спектра (530-600 нм) при использовании в качестве оптически активного элемента тербиялибо церия и тербия ( и ), и невозможность приготовления его в виде ультрадисперсного порошка. Указанные недостатки ограничивают возможности использования прототипа для люминесцентной трансформации ультрафиолетового излучения в область максимальной спектральной чувствительности глаза человека и в качестве люминесцентных меток, добавляемых в типографские краски. Задачей предлагаемого изобретения является создание ультрадисперсного люминесцентного порошка с высокой долей квантов, излучаемых в желто-зеленой области спектра. 1. Для решения поставленной задачи люминесцентный материал, содержащий кремний, церий, тербий и кислород, содержит эти элементы в следующем соотношении,мас.(50-95) 2 (4-40) 223 (1-10) 2 О 3. При этом атомное отношение/ составляет 4-16. 2. Люминесцентный материал дополнительно содержит оксид щелочноземельного металла в количестве 0,2-3,0 мас. . Процесс получения заявляемого люминесцентного материала по пункту 1 включает следующие этапы гидролиз тетраэтилортосиликата (25)4 в водно-спиртовой среде в присутствии соляной кислоты , используемой в качестве катализатора, до получения золя растворение в золе солей церия и тербия очистку полученного золь-коллоида от посторонних примесей и грита методом центробежной сепарации нейтрализацию среды водным раствором аммиака спекание на воздухе при Т 1200 С инерционное охлаждение восстановление ионов 4 и 4 до трехзарядного состояния путем отжига в водороде инерционное охлаждение. Процесс получения заявляемого люминесцентного материала по пункту 2 идентичен описанному с той лишь разницей, что на втором этапе в золе дополнительно растворяют соль щелочноземельного металла. Уменьшение концентрации 2 и 23 ниже заявляемой нецелесообразно из-за неполного поглощения ультрафиолетового излучения при 350 нм в слое люминофора толщиной 0,2 мм. Увеличение концентрации 2 и 23 выше заявляемой нецелесообразно из-за трудности восстановления ионов 4 и 4 до трехзарядного состояния. Уменьшение атомарного соотношения церий/тербий (/) менее 4 не позволяет сфор 2 13650 1 2010.10.30 мировать наночастицы 2, обеспечивающие положительный эффект. Увеличение атомарного соотношения Се/ выше 16 существенно снижает долю квантов, излучаемых в желто-зеленой области спектра. Составы заявляемого люминесцентного материала (в качестве щелочноземельного металла использовался магний) и отношениечисла квантов, испускаемых в области 530600 нм, к общему числу квантов люминесценции при длине волны возбуждения 350 нм представлены в таблице. Состав, мас.,2 2 23 О 1 95 4 1 57 2 82 16 2 60 3 50 40 10 62 4 95 4 1 0,2 60 5 64 32 4 2 63 6 50 40 10 3 58 На фиг. 1 изображена микрофотография образца 2, а на фиг. 2 и 3 - соответственно квантовые спектры люминесценции (возбуждение при 350 нм) и возбуждения люминесценции (регистрация при 545 мкм) для образцов 2 (кривая 1) и 5 (кривая 2). Из приведенных таблицы и фигур видно, что заявляемый люминесцентный материал представляет собой ультрадисперсный порошок с диаметром зерна 50-100 нм, существенно (более чем в 1,4 раз) превосходит прототип по доле квантов, излучаемых в желтозеленой области спектра (530-600 нм), а его люминесценция эффективно возбуждается в спектральной области с 350 нм (при синтезе согласно пункту 1) и с 390 нм (при синтезе согласно пункту 2). Квантовый выход люминесценции заявляемого материала зависит от степени восстановления ионов церия и тербия до трехзарядного состояния и при полном восстановлении может достигать 95 . Использование такого люминесцентного порошка для нанесения на оболочки газоразрядных ламп позволит с высокой эффективностью трансформировать их излучение в желто-зеленую область спектра, а введение его в типографские краски позволит использовать их для защиты ценных бумаг и, благодаря малому размеру зерна, снизить износ печатных станков. Эти характеристики обеспечивают заявляемому люминесцентному материалу преимущества при использовании в качестве преобразователей ультрафиолетового излучения в область максимальной спектральной чувствительности глаз человека.образца Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4