RU2786154C1 - Фотолюминесцентный материал состава NaSrYb(BO3)2 и способ его получения - Google Patents
Фотолюминесцентный материал состава NaSrYb(BO3)2 и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786154C1 RU2786154C1 RU2021131670A RU2021131670A RU2786154C1 RU 2786154 C1 RU2786154 C1 RU 2786154C1 RU 2021131670 A RU2021131670 A RU 2021131670A RU 2021131670 A RU2021131670 A RU 2021131670A RU 2786154 C1 RU2786154 C1 RU 2786154C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nasryb
- stage
- composition
- photoluminescent material
- mixture
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 4
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N Boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 4
- LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-N strontium;carbonic acid Chemical compound [Sr+2].OC(O)=O LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N Carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 1
- FIXNOXLJNSSSLJ-UHFFFAOYSA-N ytterbium(III) oxide Inorganic materials O=[Yb]O[Yb]=O FIXNOXLJNSSSLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 10
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 4
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- -1 rare earth metal cations Chemical class 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000001187 sodium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к люминофорам с общей формулой АВС(ВО3)2, где А, В, С - катионы щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, излучающих свет в инфракрасной области. Фотолюминесцентный материал состава NaSrYb(BO3)2 излучает свет в инфракрасной области в диапазоне от 950 до 1050 нм и имеет пространственную группу P21/m моноклинной сингонии, параметры решетки а=9.0561(6) 
b=5.29230(5) с=6.4267(4) β=118.528(4)°. Способ получения фотолюминесцентного материала состава NaSrYb(BO3)2 методом двухстадийного твердофазного синтеза включает приготовление смеси компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении, содержащих соответственно, мас.%: карбонат натрия Na2CO3 - 10,04, карбонат стронция SrCO3 - 27,97, Yb2O3 - 37,33 и борную кислоту Н3ВО3 - 24,66. Смесь нагревают на первой стадии до 650°С не менее 5 ч, перетирают до получения однородной массы, затем нагревают на второй стадии до 900°С не менее 12 ч. Группа изобретений обеспечивает расширение арсенала материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к новым соединениям класса люминофоров с общей формулой АВС(ВО3)2, где А, В, С - катионы щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, излучающих свет в инфракрасной области.
Люминофоры, работающие в ИК-области, широко применяются для невидимой маркировки, в полиграфии, для защиты ценных бумаг, в системах безопасности, в медицинских приборах и т.д. В основном, люминофоры создаются на основе многочисленных соединений: оксидов, боратов, оксисульфидов и др., в которых в качестве легирующих добавок входят редкоземельные элементы, изменяющие цвет и интенсивность свечения. Бораты с общей формулой АВС(ВО3)2 с щелочными и щелочноземельными металлами содержат редкоземельный элемент в своей основе и способны формировать различные типы структур, что дает возможность поиска новых перспективных фотолюминесцентных материалов. Кроме того, такие материалы имеют высокую гидролитическую, химическую, термическую стойкость и широкую область прозрачности.
Впервые люминофор состава NaBaYb(BO3)2, работающий в ближней РЖ-области спектра, был получен методом твердофазного синтеза [Светлякова Т.Н., Кононова Н.Г., Кох А.Е. и др. Журнал неорганической химии, 2011, т. 56, №1, с. 117.]. В результате замещения Na+ на K+ синтезированы фотолюминесцентные материалы состава KBaLn3+(ВО3)2 [Ln3+=Sc, Y, Lu, Gd] с легирующей добавкой Се3+, Tb3+, Eu3+, работающие в видимой области спектра [Camardello S.J., Her J.H., Toscano P.J., Srivastava A.M. Optical Materials, 2015, v. 49, р. 297-303]. При дальнейшем замещении Ba2+ на Sr2+ получены соединения KSrR(BO3)2 (R=Tb, Yb, Y) и изучен новый люминофор KSrTb(ВО3)2, излучающий свет в диапазоне от 355 до 620 нм [Kokh А.Е., Kononova N.G., Shevchenko V.S. et al. Journal of Alloys and Compounds, 2017, v. 711, p. 440-445], [Евразийский патент EA025559, МПК:C09K 11/88, опубл. 01.30.2017].
Известен фотолюминесцентный материал KCaNd(BO3)2, излучающий свет в инфракрасной области в диапазоне от 850 нм до 1080 нм [патент РФ2710191, МПК C09K 11/78, опубл. 24.12.2019]. Однако, соединение KCaNd(BO3)2 не удается синтезировать традиционным твердофазным синтезом. После первой стадии отжига при 650°С продукт синтеза необходимо прессовать в таблетку. В противном случае на порошковой рентгенограмме наблюдаются примеси промежуточных продуктов реакции.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в получении нового фотолюминесцентного материала, работающего в инфракрасной области на основе соединений класса люминофоров с общей формулой АВС(ВО3)2, где А, В, С - катионы щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, методом двухстадийного твердофазного синтеза, обеспечивающего воспроизводимое получение однофазного продукта, соответствующего химическому составу.
Благодаря возможности замещения в катионной позиции щелочного, щелочноземельного и редкоземельного элементов можно получать новые люминофоры, превосходящие по своим функциональным свойствам используемые в настоящее время. Такие материалы - потенциальные носители новых физико-химических свойств. Таким образом, задача расширения арсенала материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами является актуальной.
Поставленная задача решена путем получения бората состава NaSrYb(BO3)2, используемого в качестве фотолюминесцентного материала, излучающего свет в инфракрасной области в диапазоне от 950 до 1050 нм, имеющего пространственную группу P21/m моноклинной сингонии и параметры решетки 
β=118.528(4)°.
Поставленная задача решена также в способе получения фотолюминесцентного материала состава NaSrYb(BO3)2 методом двухстадийного твердофазного синтеза, включающего приготовление смеси компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении, содержащих, соответственно, мас. %: карбонат натрия NarCO3 - 10,04, карбонат стронция SrCO3 - 27,97, оксид Yb2O3 - 37,33 и борную кислоту Н3ВО3 - 24,66, нагрев смеси на первой стадии до 650°С не менее 5 ч и на второй стадии до 900°С не менее 12 ч.
Для соединения NaSrYb (ВО3)2 на фиг. 1 представлены рентгенограммы: а - для синтезированного порошка, 6 - расчетная; на фиг. 2 - структура, показывающая координацию атомов; на фиг. 3 - спектр люминесценции и на фиг. 4 - спектр поглощения от 190 до 900 нм.
Рентгенограмма, полученная на синтезированном порошке, при сопоставлении с расчетной хорошо согласуется (фиг. 1), что свидетельствует об однофазности получаемого образца.
Соединение NaSrYb(BO3)2 кристаллизуется в моноклинной сингонии с пространственной группой P21/m и параметрами решетки 
β=118.528(4)°. Типичная двухслойная структура этого соединения показана на фиг. 2. В данной структуре плоские анионные группы [ВО3]3- образуют гофрированные слои, расположенные параллельно направлению [010]. [YbO6]-октаэдры, объединенные в пакеты, располагаются между слоями, а крупные катионы Na+и Sr2+, занимающие одну позицию, находятся в межпакетном промежутке вблизи боратных слоев и смещены к одному из них.
Спектр фотолюминесценции NaSrYb(BO3)2 при комнатной температуре, возбуждаемый излучением с длиной волны 532 нм, приведенный на фиг. 3, состоит из широкой полосы излучения в спектральном диапазоне 950-1050 нм, соответствующей переходам электронов в ионах Yb3+ из возбужденных состояний уровня 2F5/2 в основное состояние уровня 2F7/2. Наиболее интенсивный пик в спектре люминесценции приходятся на 973 нм. Спектр поглощения NaSrYb(BO3)2 от 190 до 900 нм показан на фиг. 4.
Все технологические операции по синтезу соединения NaSrR(BO3)2 проведены согласно примеру.
Пример. Шихта для синтеза состояла из смеси компонентов, взятых в соотношении с формульным составом NaSrYb(BO3)2, содержащих, соответственно, мас. %: карбонат натрия Na2CO3 - 10,04, карбонат стронция SrCO3 - 27,97, оксиды Yb2O3 - 37,33 и борную кислоту H3BO3 - 24,66. Шихту перетирали до однородного состояния и загружали в платиновый тигель, который помещали в нагревательную печь при температуре 650°С. Завершенность процесса на первой стадии контролировали по потере веса. При полном удалении Н2О и СО2 после выдержки не менее 5 ч вес оставался постоянным и соответствовал расчетному. После отжига на первой стадии продукт синтеза извлекали из предварительно охлажденного тигля и тщательно перетирали до получения однородной массы. Затем порошок снова помещали в платиновый тигель и нагревали до 900°С не менее 12 ч.
Предлагаемые температурно-временные интервалы проведения твердофазного синтеза на второй стадии определены экспериментальным путем по результатам рентгенофазового анализа. Уменьшение длительности прокаливания при установленной температуре на второй стадии, равно как и снижение температуры, приводит к появлению побочных примесных фаз.
Повышение температуры отжига при указанных временных рамках способствует более сильному спеканию образца и вызывает дополнительные трудности при его извлечении из тигля и дальнейшей обработке.
Таким образом, открытием нового люминофора NaSrYb(BO3)2 решается задача расширения арсенала материалов, обладающих фотолюминесцентными свойствами в инфракрасной области, и найдены температурно-временные интервалы твердофазного синтеза, обеспечивающего воспроизводимое получение однофазного продукта.
Claims (2)
1. Фотолюминесцентный материал состава NaSrYb(BO3)2, излучающий свет в инфракрасной области в диапазоне от 950 до 1050 нм, имеющий пространственную группу P21/m моноклинной сингонии, параметры решетки а=9.0561(6) 
b=5.29230(5) с=6.4267(4) β=118.528(4)°.
2. Способ получения фотолюминесцентного материала состава NaSrYb(BO3)2 методом двухстадийного твердофазного синтеза, включающим приготовление смеси компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении, содержащих соответственно, мас. %: карбонат натрия Na2CO3 - 10,04, карбонат стронция SrCO3 - 27,97, оксид Yb2O3 - 37,33 и борную кислоту Н3ВО3 - 24,66, нагрев смеси на первой стадии до 650°С не менее 5 ч, перетирание до получения однородной массы, затем нагрев на второй стадии до 900°С не менее 12 ч.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786154C1 true RU2786154C1 (ru) | 2022-12-19 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014084896A1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-05 | Honeywell International Inc. | Luminescent borates, luminescent materials and articles incorporating such borates |
| 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 |
| RU2710191C1 (ru) * | 2019-04-11 | 2019-12-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения |
| RU2723028C1 (ru) * | 2019-07-15 | 2020-06-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Фотолюминесцентный материал на основе сложного бората |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014084896A1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-05 | Honeywell International Inc. | Luminescent borates, luminescent materials and articles incorporating such borates |
| 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 |
| RU2710191C1 (ru) * | 2019-04-11 | 2019-12-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения |
| RU2723028C1 (ru) * | 2019-07-15 | 2020-06-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Фотолюминесцентный материал на основе сложного бората |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHEVCHENKO V. S. et al., KBaR(BO3)2 Orthoborates (R = REE): Synthesis and Study, Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2017, Vol. 62, N 9, pp. 1177-1181. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Som et al. | CaTiO3: Eu3+, a potential red long lasting phosphor: energy migration and characterization of trap level distribution | |
| Taxak et al. | Synthesis, structural and optical properties of SrZrO3: Eu3+ phosphor | |
| Sun et al. | Photoluminescence properties of europium and titanium co-doped BaZrO3 phosphors powders synthesized by the solid-state reaction method | |
| Kesavulu et al. | Structural and NIR to visible upconversion properties of Er3+-doped LaPO4 phosphors | |
| Alajlani et al. | Novel Dy and Sm activated BaSi2O5 phosphors: Insights into the structure, intrinsic and extrinsic luminescence, and influence of doping concentration | |
| Grzyb et al. | Revised crystal structure and luminescent properties of gadolinium oxyfluoride Gd 4 O 3 F 6 doped with Eu 3+ ions | |
| Zollfrank et al. | Synthesis of Eu-doped SrAl2O4 nanophosphors by CO2 laser vaporization | |
| Dhananjaya et al. | Comparative study of Eu3+-activated LnOCl (Ln= La and Gd) phosphors and their Judd-Ofelt analysis | |
| Hussin et al. | The origin of emission in strontium magnesium pyrophosphate doped with Dy2O3 | |
| Oliveira et al. | Structural and optical properties of GdAlO3: RE3+ (RE= Eu or Tb) prepared by the Pechini method for application as X-ray phosphors | |
| Singh et al. | VUV and UV photoluminescence of green emitting Sr2P2O7: Tb3+ phosphors for PDP applications | |
| Matraszek et al. | Optical and thermal characterization of microcrystalline Na3RE (PO4) 2: Yb orthophosphates synthesized by Pechini method (RE= Y, La, Gd) | |
| Castaing et al. | Hexagonal Sr 1− x/2 Al 2− x Si x O 4: Eu 2+, Dy 3+ transparent ceramics with tuneable persistent luminescence properties | |
| Ma et al. | Luminescence property of ZnAl2O4: Cr3+ phosphors co-doped by different cations | |
| Zalga et al. | On the sol–gel preparation of different tungstates and molybdates | |
| Herrmann et al. | Luminescence properties of Sm3+ doped alkali/earth alkali orthoborates of the type XZBO3 with X= Li, Na, Cs and Z= Ca, Sr, Ba | |
| Jeong et al. | Photoluminescence features of green-emitting sol-gel synthesized La2W3O12 doped with Tb3+ phosphor for PDP applications | |
| Ferrari et al. | Luminescent and morphological study of Sr2CeO4 blue phosphor prepared from oxalate precursors | |
| Woźny et al. | Influence of boric acid/Sr2+ ratio on the structure and luminescence properties (colour tuning) of nano-sized, complex strontium borates doped with Sm2+ and Sm3+ ions | |
| Sonika et al. | Characterization and Luminescence Properties of Color-Tunable Dy 3+-Doped BaY 2 ZnO 5 Nanophosphors | |
| Chen et al. | Preparation and spectroscopic investigation of novel NaAlP2O7: Eu2+ phosphors for white LEDs | |
| RU2786154C1 (ru) | Фотолюминесцентный материал состава NaSrYb(BO3)2 и способ его получения | |
| US6284155B1 (en) | Method for making small particle red emitting phosphors | |
| RU2710191C1 (ru) | Фотолюминесцентный материал редкоземельного ортобората и способ его получения | |
| Prathibha et al. | Investigation of luminescence spectroscopic characteristics in Eu 3+-doped Zn 2 SiO 4 by Judd–Ofelt parameters |