TW200413500A - Device for generating radiation - Google Patents
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200413500 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種利用準分子放電來產生輕射的裝置, 其配備一至少部份UV透光的放電槽,該槽中的放電空間充 滿了填充氣體,其具有用以於該放電室中激發且維持一準 为子放電的構件,並且具有一包括發光化合物的塗料。本 發明進一步關於該裝置的使用以及關於發光化合物。 【先前技術】 鱗光劑係可發光的材料,其被激發時便會發光。此處的 激發犯里型式可能為電磁輕射,例如7射線、X射線、uv 光或可見光;微粒射線,例如α射線或石射線;電場效應(致 電發光)或機械效應(摩擦發光)。 使用磷光劑非常容易發生變化,並且與激發的類型及發 光波長有關。因此,舉例來說,可於電視與電腦螢幕、示 波器或影像轉換器中使用以電子束來激發發光的磷光劑。 以X射線來激發發光的磷光劑可用於製造放射線透視螢幕 以及醫用的X射線影像放大器。該等所使用的磷光劑必須具 有能夠大量吸收X射線的基材。 舉例來4,可於氣體放電燈管或電漿螢幕中使用以υν輕 射來激發發光的磷光劑。 雖然貫際上所有的應用範圍都已經有合宜的磷光劑,不 過仍然有部份範圍中的磷光劑的使用情形並未達最佳程 度。 再者,必須製造出可供新型或特殊應用以及可供新型技 87510 200413500 術使用的磷光劑。特殊應用的其中一項範例便是利用氤氣 放電燈管作為消毒用途。利用可發出UV-C光的氤氣放電燈 管’水中的會致病的微生物(例如細菌、真菌、病毒或原蟲) 便會呈現無害的狀態。從EP 1 048 620中便可瞭解可用於水 中消毒的氙氣放電燈管。 根據DIN 5 03 1-10,可作為光生物領域用途的最大有效uv 库田射約位於265 nm附近。 【發明内容】 所以,本發明的目的係提供一種用以產生輻射的裝置, 其具有簡單且可作最佳調整的發光光譜,用以配合預期的 應用。 明確地說,本發明的目的係提供一種用以產生輻射的裝 置,其具有與DIN 5031-10大量重疊的發光光譜。 藉由一種可利用帛分子放電來產生輕射的構件便可達到 此目的,其配備一至少部份UVit光的放電才曹,該槽中的放 私1充滿了填充氣’其具有用以^該放電室中激發且維 持-準分子放電的構件,並且具有—由下面成份所組成之 發光化合物的塗料: (^ai-x-2y^rx)Li2Si1 zGez04:LnyMy
中所選出的陽離子:Ce3 + 中Ln係由下面所組成之群
Er3+、Tm3+、以及 Yb3+, 出的陽離子:Na+、K+、
Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、 而M則係由下面所組成之群中所選 以及Rb+, O^xSO.l ’ 0.0〇l$y^〇2 及 〇^Ζ2ι 87510 200413500 由 Ce3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Er3+、Tm3+、 或Yb3 +來產生輻射的發光化合物皆可利用(V)UV光來有效地 激發’並且皆具有相當高的犧牲效率’尤其是在氤準分子 輻射範圍中的波長處。 如申請專利範圍第2項之用來產生輻射的裝置的發光光譜 的最大發光位於25 5與265 nm處,其係在光生物的有效範圍 中〇 本發明還關於使用根據本發明的裝置,用以達到消毒目 的’尤其係用以進行水消毒、空氣消毒、或表面消毒。 本發明進一步關於由下面成份所組成的發光化合物: (Cai-x-2ySrx)Li2Si1.zGez04:LnyMy5 其中Ln係由下面所組成之群中所選出的陽離子:ce3+、Pr3+、 Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Er3+、Tm3+、以及 Yb3+, 而M則係由下面所組成之群中所選出的陽離子·· Na+、K+、 以及Rb+, OSxSO.l,0.001SyS0.2 及 OSzSl。 現在將參考圖式中的具體實施例範例進一步地說明本發 明’不過,本發明並不僅限於此。 【實施方式】 根據本發明利用準分子放電來產生輻射之裝置配備一至 少邵份UV透光的放電槽1,該槽中的放電空間2充滿了填充 氣體,並且具有包括發光化合物的塗料3。此外,該裝置還 配備用以激發且維持該準分子放電的構件。 可以使用多重性設計(例如多個面板、多個簡易管、多個 87510 200413500 同軸官、多個放電管,其形狀為直線形、。形、圓形、螺旋 型、圓柱形、或其它形狀)來設計該放電槽〗。此設計與該 裝置的計劃應用範圍關係甚大。 用來產生輻射之裝置的典型設計的形狀如圖丨所示。作為 用以激發且維持該準分子放電的構件,其設計必須特別包 括第一型電極4與第二型電極5。以同心圓方式被***該放 電槽1中的係一螺旋電線。其會構成該裝置的第一、内側電 極4。外側玻璃被塗佈著窄軌繞線,用以形成第二、外側電 極5。放電槽1會被密封成氣密型式。放電空間2含有填充氣 體,而且在放電槽1的内側護壁上則具有塗料3,其包括發 光化合物。該等兩個電極4、5會被連接至一交流電流源的 兩個極點處。電極的幾何形狀、放電槽丨中的壓力、以及氣 體的成份會與該交流電流源互相匹配。 圖2為一不同的設計,其特別適合作為消毒用途,該設計 於中央載有一欲被消毒的媒介,例如水或空氣。放電槽1包 括兩個同軸的玻璃組件,其會與一中空套筒產生氣密連接。 介於該等兩個同轴玻璃組件之間的環狀空間會構成該放電 皇2 ’並且具有填充氣體。作為消毒的流體媒介會流過内管, 於其内側護壁上則配置第一型的透明電極4。欲被消毒的媒 w亦可位於遠外管的外面。外側玻璃被塗佈著窄軌繞線, 形成該外侧、第二電極5。電源供應係來自於被連接至該等 兩個電極的交流電流源。該中空套筒的内側表面皆具有一 含有發光化合物的塗料3。 於圖3的另一可能設計中,該裝置包括一由玻璃所製成的 87510 200413500 圓,狀放私槽1 ’其具有填充氣體,於其護壁上則在外部配 置:土的電極4及第二型的電極5,兩者互相產生電絕緣。 Θ等‘狀的電極4、5會延伸於放電槽工的整個長度上,其中 兩者的長邊係朝向對方,留下兩條閒置的間隙。可將含有 發光化合物的塗料3塗敷於放電槽1的内側護壁上。 〜用以,發且維持該準分子放電的構件包括第一型電極續 罘了型電極5。電極4、5包括金屬(例如鋁或銀)、金屬合金、 或疋:明的、導電的無機化合物(例如ITO)。該些材料可能 會以塗料、黏結薄膜、黏結薄膜帶、電線或繞線的型式出 現0 放電槽1配備下面的埴充翕髀·今#於产 、 7 /、允虱月迁·吼軋、虱氣、氬氣、氖氣、 氦氣、或是由該些氣體至少其中一者所構成的混合氣體 該填无氣體較佳的係含有無氧的氖氣或是含有氖氣的混名 氣體。 塗料3包括具有下面成份的發光化合物:
(^ai-x-2ySrx)Li2Si1 zGez04 :LnyM 其中Ln係由下面所組成之群中所選出的㈣子:⑽
Pe、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Er3+、Tm3+、^&Yb3 而Μ則係由下面所組成之群中所選出的陽離子:W、κ+ 以及Rb+,
OgxSO.l,〇.〇〇lgyg〇2 及 —工。 wySOLiJikGezO,結晶於 金屬陽離子,便可獲得具有 不同發光特性的磷光劑。該 該發光化合物的主晶格(cai_ 四角晶系中。藉由接雜三價的 取決於所使用之金屬陽離子之 87510 -10 - 200413500 等二價的金屬陽離子會被併入該等_ 饧的鈣離子位置中。 為進仃境何補償,還必須將單價的 、曰^ + 呀離子併入該晶格中。 此王日日格情況還有一項優點係可以 甘仏广 p㊉回的〉辰度將該等摻 雉物併入該主晶格之中。 乂 該發光化合物較佳的係且古τ "有下面的成份:
Ca,2yLi2Si〇4:PryNay . ^^.Li.SiO^Ce^ Cai.2yLi2Si〇4:EUyNay 、 Ca,2yLi2Si〇4:TbyNayy \ 或
Cai-2yLi2Si04:Nd Na,每種情況皆符人〇 ^ y y 丁口 υ·001 $ y $ 0.2。該 等發光物質係依照應用的範圍來選擇 一 ' 悍如果欲作為消毒用 途的話,例如用以消毒水、消毒空氣、或消毒表面,那麼 較佳的係能夠使用 Cai.2yU2Si〇4:PryNay,〇 〇〇1 ^ 0 〇 2 發光物質。 、或者’塗料3可能還包括一有機或無機的黏結劑或黏結劑 成伤再者,空料3或该發光化合物本身可能還會受到一保 護層的保護,而不會受到放電攻擊。 如果施加交流電壓於電極4、5之上的話,那麼便會於該 較佳的、含氙氣的填充氣體中激發一靜電荷。因此,便备 於電漿中形成氙氣準分子,例如僅穩定於被激發狀態中的 分子。
Xe+Xe*=Xe2* 同樣地,該激發能量係以波長;^ =140至190nmwuv轉射 來釋出。電能轉換成UV輻射的效率非常地高。該發光化合 物會吸收該等已產生的UV光子,而且部份的激發能量會再 次被釋放至較長波長的光譜範圍中。該等由Ce3+、Pr3+、 87510 -11- 200413500
Smh、Εβ、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Er3+、Tm3+、或 Yb3 +來產 生輻射的發光化合物的吸光係數對於氙輻射範園中的波長 特別大,並且量子產量非常高。該主晶格會影響該激活陽 離子之能量階的精確位置,因此便會影響發光光譜。 為製造該發光化合物,必須在水中將適當數量的主晶格 原料Li2Si〇3、Li2Ge〇3、CaC〇3、以及SrC〇3與適當數量的 三價金屬陽離子Ln3+的鹽類與單價電荷補償劑河+的鹽類產 生混合。隨即便可將水份移除,並且於7〇〇ti9〇〇t之間 的溫度中對作用生成的混合物進行多次的烘乾與退火。 材料為硝酸鹽類 可作為三價金屬陽離子鹽類的較佳 出·· Ce3+、 以及Yb3+。
Ln(N〇3)3,其中Ln係由下面所組成之群中所選
Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、、Tm3+、 可作為單價電荷補償劑鹽類的較佳材料為碳酸鹽類 M2C〇3,其中Μ則係由下面所組成之群中所選出:Na+、K/ 以及Rb+。 可利用流動塗佈法將該發光化合物塗敷於放電槽丨的槽壁 上。流動塗佈法的塗料懸浮液含有水或有機化合物(例 酸丁醋)作為溶劑。懸浮液的流變性質會因添加辅助劑(例如 穩定劑、液化劑、或纖維素衍生物)而產生穩定並且受到影 響。發光化合物的懸浮液可以薄層的形式塗敷於放電槽i = 槽壁上,並且於60(TC中進行烘乾與烘烤。而後便可將^電 槽1抽成真空,以移除所有的氣體雜質,尤其是氧氣。而2 便可於約200至300毫巴的氣壓下,以氣氣來填充該槽,^ 且加以密封。 87510 -12- 200413500 主要係取決於該裝置的發 上述裝置有各種不同的用法 光光譜。 上述以 cai-2yLi2si〇4:Pr Na ^,^ ^ ^ , y y ·001 = y = 〇·2作為發光化合 物的裝置會發出υν光筋圚由认, , ^ 園中的先,並且非常適合供高產出 的光分解反應爐使用。圖 ^ 、, 為發光化a物之激發情形及發光 光缙。因為所發出的輻射具 、 、育乍頻先頻,所以根據本發明 i裝置有利於進行波長選擇性的光反應。 此外,亦可利用根據本發明之裝置更有效地進行技術性 的光化學法(例如’域肖毒、光溴化合、光硫氯消毒)。 根據本發明之裝置的較佳使用方式係騎水處理以及廢 ,處理,纟中污水便是欲進行處理的流體。可提及的處理 範例如下:a)消毒、咐染源、自色、臭味的降低。 根據本發明之裝置,以%2批_為^,〇〇〇1^0 0.2作為發光化合物亦可用於對其它流體與溶劑進行殺菌。
CawyLijiCVCeyNay,〇.〇01 $ 〇·2磷光劑亦有利於用 在X射線電腦檢驗法裝置中。 X射線電腦檢驗法裝置配備至少一 X射線管以及至少一 X 射線偵測器。一般來說,X射線電腦檢驗法裝置包括一 X射 線偵測器配置。X射線偵測器包括一發光體以及一光二極 體。該發光體及光二極體會互相光連接。以輻射型式落在 發光體上的X射線會被轉換成光。而後由該發光體所發出的 光便會照射在該光二極體之上。因此,可從光二極體中獲 得一電氣資訊,該電氣資訊係與X射線輻射強度相關的資 訊0 87510 -13 - 200413500 於作為x射線電腦檢驗之根據本發明的裝置中,該發光體 包括 CauyLhSiC^CeyNay,〇·〇01 g 〇·2。通常可以壓縮 法來製造該發光體。舉例來說,τ以利用透明的黏著劑將 此類型的發光體固定於光二極體上。當以1射線輕射進行激 發時,CauyLhSiO’CeyNay ’ O.ooi ^ y ^ 〇 2便會發出最大 為400 nm的發光光譜。圖6為發光化合物之激發情形及發光 光譜。因為X射線電腦檢驗裝置所使用的光增殖機的最· 限係以CssSb,雙鹼(S22)或多重鹼陰極為基礎,所以該磷光 劑特別適用於提供或轉換X射線輻射。再者,衰減時間r I, 為36 ns,該磷光劑的衰減時間比常用的發光體L^Si〇5:Ce (r i/e=4〇 ns)還短。 0.2有利於作為電漿榮幕中的紅色發光磷光劑。圖7為該發 光化合物之激發情形及發光光譜。 具體實施例範例 為製造CaG 98Li2Si〇4:PrG GiNa() gi,吾人可於去礦物質的^〇 中混合25.0公克(278毫莫耳)的LiiSi〇3、147毫公克(1·39毫 莫耳)的Na2C〇3、27.3公克(272毫莫耳wCaC〇3、以及121 公克(2.78Φ莫耳)的pr(N〇3)3 · 6H2〇,並且使其懸浮。藉由 蒸餾法移除水份,並且烘乾所獲得的殘留物。而後便可於 空氣中、700 C的溫度下對反應產物進行2小時的退火一次, 而後便於CO的環境中、850它的溫度下進行兩次退火,每 次12小時。利用清水與酒精對所獲得的發光化合物進行數 次清洗、加以烘乾、並且於滾輪研磨機中研磨數小時。所 87510 -14- 200413500 獲得的粉末的平均粒子大小為3 μιη。圖4與5所示之發光化 口物的吸收情形與發光光譜中顯示的係DIN 5〇3 i — iO (虛線) 人Cao.wLhSiCV.Pro G1NaQ 〇丨(實線)之發光光譜的對照圖。 邊L體貫施例範例2 為製造CaG 96Li2Si〇4:CeQ Q2NaG。2,吾人可於去礦物質的h2〇 中混合9·00公克(1〇〇毫莫耳、1〇6毫公克(1⑽毫 莫耳)的Na2C03、9_61公克(96_〇毫莫耳)的CaC03、以及869 笔公克(2.00毫莫耳)的pr(N〇3)3 · 6h2〇,並且使其懸浮。藉 由蒸餾法移除水份,並且烘乾所獲得的殘留物。而後便可 於空氣中700 C溫·度下對反應產物進行2小時的退火一次, 而後便於CO的環境中8501:溫度下進行兩次退火,每次12 小時。利用清水與酒精對所獲得的發光化合物進行數次清 洗、加以烘乾、並且於滾輪研磨機中研磨數小時。所獲得 的Ιλ光化合物的巴點X ’ y為χ = 〇 · 160且y = 〇 〇69。該發光化合 物的明^里為3 0 lm/W。该發光化合物於254 nm的吸收係 數為93% ’而此波長處的量子效率為8〇%。圖6為此發光化 合物之吸收情形及發光光譜。 具體實施例範例3 為製造CaG 98Li2Si04:EuQ Q1,吾人可於去礦物質的H20 中混合20.1公克(218毫莫耳)的Li2Si〇3、90.0毫公克(2.18毫 莫耳)的NaF、12.0公克(214毫莫耳)的CaO、以及933毫公克 (2.18毫莫耳)的£11@〇3)3.5112〇,並且使其懸浮。藉由蒸餾 法移除水份,並且烘乾所獲得的殘留物。而後便可於空氣 中7 0 0。(3的溫度下對反應產物進行2小時的退火一次,在8 5 0 87510 -15 - 200413500 °C溫度下進行12小時的退火一次。而後便於臼研機中研磨 所後得的發光化合物,並且再度於850它溫度下進行6小時 的退火。圖7為此發光化合物之吸收情形及發光光譜。 差體貫施例範例4 為製造CaQ^LLSiO^TbG.^NaQ G1,吾人可於去礦物質的h2〇 中混合20.1公克(218毫莫耳)的Li2Si〇3、9〇 〇毫公克(218毫 莫耳)的NaF、12.0公克(214毫莫耳)的CaO、以及987毫公克 (2.18毫莫耳)的丁1)(>^03)3.61120,並且使其懸浮。藉由蒸餾 法移除水份 '並且烘乾所獲得的殘留物。而後便可於空氣 中、700QC的溫度下對反應產物進行2小時的退火一次,在8 5 〇 C溫度下進行12小時的退火一次。而後便於臼研機中研磨 所獲得發光化合物,並且再度於8 5 0 °C的溫度下進行6小時 的退火。 具體實施例範例5 為製造CaG 98Li2Si〇4:NdG G1Na0 Q1,吾人可於去礦物質的 H20中混合9.82公克(109毫莫耳)的Li2Si03、46.0毫公克(1.09 毫莫耳)的NaF、6.00公克(107毫莫耳)的CaO、以及480毫公 克(1.09毫莫耳)的Nd(N03)3 · 6H20,並且使其懸浮。藉由蒸 餾法移除水份,並且烘乾所獲得的殘留物。而後便可於空 氣中、700°C溫度下對反應產物進行2小時的退火一次,在850 °C溫度下進行12小時的退火一次。而後便於臼研機中研磨 所獲得的發光化合物,並且再度於8 5 0。(3溫度下進行6小時 的退火。 87510 -16- 200413500 具體實施例範例6 首先,可以硝化纖維素作為黏結劑,於乙酸丁酯中製備 Cao ^LhSiCVPi^ G1NaG G1。可以利用流動塗佈法將該懸浮液 塗敷於内徑5 mm之合成石英管(sUprasiiTM)的内側護壁上。 塗料3的深度對應於3 mg/cm2之發光化合物的每單位面積之 質量。該黏結劑於580°C以下的溫度便已被燃燒殆盡。而後 便可於200至300 *巴氣壓下,以氙氣來填充該裝置,並且 加以密封。以對角線方式將由鋁箔製成的兩個電極4、5黏 結於該裝置之外側護壁上。 忒裝置係運作於方波特徵曲線的交流電流下,其振幅為6 kV、頻率為25 kHz。 具體實施例範例7 根據具體實施例範例2之裝置的放電槽1包括一圓柱狀的 合成石英管(SuprasilTM),其厚度為〇·7 mtn,而直徑為5〇 mm 其已纟k於200毫巴氣壓下被填滿氣氣。由金屬電線製 成的螺旋捲繞内側電極4已被配置於該管的軸線上。有六條 銀質薄膜帶被黏結於該放電槽的外側護壁上,平行於内側 電極,用以作為外側電極5。該等外側護壁的内表面上皆已 塗佈含有CaG 98Li2Si04:PrG G1NaG G1作為發光化合物的塗料 3 ° 該裝置係運作於方波特徵曲線的交流電流下,其振幅為6 kv、頻率為25 kHz。 實施例範例8 根據具體實施例範例8之裝置的放電槽1包括兩個同軸的 87510 -17- 200413500 合成石英管(SuprasiFM),其厚度為〇·7 mm,内徑為5〇 mm, 而外极為40 mm。該等兩個管的兩端已被接合在一起,從而 开> 成一氣密式中空套筒。放電槽i已經於2〇〇毫巴氣壓下被 填滿氤氣。該中空套筒面朝管軸的護壁上(於其面朝管軸的 侧邊上)已經被覆蓋一鋁層,用以形成第一電極4 ;該中空 套筒背向管軸的護壁上(於其背朝管軸的側邊上)則黏結六條 銀貪薄膜帶’平行於該管轴,用以形成第二電極5。該中空 套筒之該等内表面上皆已塗佈含有Ca〇.98Li2Si〇4:Pr() Q1NaQ Q1 作為發光化合物的塗料3。 孩裝置係運作於方波特徵曲線的交流電流下,其振幅為6 kV、頻率為25 kHz。 【圖式簡單說明】 圖1為用來產生輻射之裝置的縱向剖面圖。 圖2為用來產生輻射之另一裝置的剖面圖。 圖3為用來產生輻射之又另一裝置的剖面圖。 圖 4為 CauyLiJiCVPryNay,0.001 - y g 0.2之激發情形及 發光光譜。 圖5為〇以 503 1-10以及。&1々1^231〇4:?1*/&/0.001$乂^ 〇·2之發光光譜。 圖 6為 CaU2yLi2Si04:CeyNay,O.OOlSyS 0.2之激發情形及 發光光譜。 圖 7為 Ca1-2yLi2Si04:EuyNay,0.001 S y $ 0.2之激發情形及 發光光譜。 【圖式代表符號說明】 87510 -18- 200413500 1 放電槽 2 放電室 3 塗料 4 第一電極 5 第二電極 87510
Claims (1)
- 200413500 拾、申請專利範圍: 1· 一種利用準分子放電來產生輻射之裝置,其配備一至少部 份UV透光的放電槽(1),該槽中的放電空間(2)充滿了填充 氣體,其具有用以於該放電空間中激發且維持一準分子放 電(4、5)的構件,並且具有一包括由下面成份所組成之發 光化合物的塗料(3): ^Cai-x-2ySrx)Li2Si1_zGez04:LnyMy? 的陽離子:Ce3+、 Er3+、Tm3+、以及 其中Ln係由下面所組成之群中所選出 Pr3+、Sm3、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、 Yb3+, 而M則係由下面所組成之群中所選出的陽離子:Na κ+、以及Rb+, OgxmUOlgySO.UOgzy。 2·如申請專利第!項之裝置’其特徵為該塗料(3)配備由 下面成份所組成之發光化合物: Ca1-2yLi2Si〇4:PryNay,0.001 $ 〇 2。 3·-種如中請專利範圍第i或巧裝置用於消毒目的之用途。 《-種如中請專利範㈣liu項裝置用於消毒水、消毒空 氣、或消毒表面之用途。 5. 一種由下面成份所組成之發光化合物: (Cai-x_2ySrx)Li2Sil zGez04:Ln Μ y y ? 其中Ln係由下面所組成之群中所選出的陽離子 Pr3+、Sm3 + Eu3 Gd3+、Tb3+、 Dy3+、Er3+、Tm3 + Yb3+, Ce3+、 、以及 87510 200413500 而Μ則係由下面所組成之群中所選出的陽離子:Na+、 K+、以及Rb+, 0$χ$0·1,0.001Sy$0.2 及 0$ζ$1。 6. —種由下面成份所組成之發光化合物: CauyLLSiCV.PryNay,0.001 $ 0.2。 87510
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