Люминесцирующее оксифторидное стекло
LUMINESCENT OXYFLUORIDE GLASS

Изобретение относится к материалам квантовой электроники, оптики и может быть использовано в устройствах для отображения информации, электронно-лучевых приборах, индикаторной технике, светодиодах белого свечения, сцинтилляторах, катодо- и рентгенолюминофорах.
2
2
3
2
3
2
2
3
Люминесцирующее оксифторидное стекло имеет следующий состав (мас. %): 8SiO– 20BO– (36-х)BiO– 10CaF– хEuO – ZnO остальное (3 ≤ х ≤ 7).
3+
5
7
0
2
Цель изобретения – увеличение интенсивности люминесценции ионов Eu на длине волны электронного перехода D→F.
2
2
3
2
3
2
2
3
Поставленная цель достигается тем, что люминесцирующее оксифторидное стекло состоит из нового оксифторидного стекла состава (мас. %): 8SiO– 20BO– (36-х)BiO – 10CaF– хEuO – ZnO остальное (3 ≤ х ≤ 7).
Аналогами предлагаемого люминесцирующего оксифторидного стекла являются люминофоры на основе оксифторидных стекол [1, 2]. (1. Aseev V.A., Kolobkova E.V., Nekrasova Ya.A. Nikonorov N.V., Rohmin A.S. Oxyfluoride glasses for red phosphors // Materials Physics and Mechanics. 2013. Vol. 17. PР. 135-141. 2. Лойко П.А., Рачковская Г.Е., Захаревич Г.Б. и др. Новые люминесцирующие оксифторидные стекла с ионами европия и иттербия // Стекло и керамика. 2014. № 2. С. 3-6).
3+
2
2
Недостатком этих люминесцентных материалов является невысокая интенсивность люминесценции Eu, низкий энергосъем вследствие концентрационного тушения. Кроме того, стекла содержат токсичные соединения свинца РbO и PbF и кадмия CdF.
2
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
0
2
3+
5
7
Наиболее близким к предполагаемому люминесцирующему оксифторидному стеклу по составу и технической сущности является люминесцирующее стекло (взято за прототип), которое содержит (мас. %): 8SiO– 20BO–5 LuO – 31BiO – 36ZnO – 5 EuO(Кожевникова Н.М., Цыретарова С.Ю. Синтез и исследование люминесцентных свойств насиконсодержащей стеклокерамики, легированной EuO. Неорганические материалы. 2015. № 5. С. 550-553). Недостатком этого материала является невысокая интенсивность люминесценции ионов Eu на длине волны 620 нм, соответствующая электронному переходу D→F.
3+
5
7
0
2
Техническая задача изобретения - создание стекла, характеризующегося высокой интенсивностью люминесценции ионов Eu на длине волны электронного перехода D→F.
2,
2
3
2
3
2
3
2
2
2
3
2
3
2
2
3
Увеличение интенсивности люминесценции достигается тем, что люминесцирующее оксифторидное стекло, содержащее оксиды SiOBO, BiO,EuO, ZnO, дополнительно содержит CaF, образуя при этом люминесцирующее стекло состава (мас. %): 8SiO– 20BO– (36-х)BiO – 10CaF– хEuO – ZnO остальное (3 ≤ х ≤ 7).
2
2
3
2
3
2
2
3
Соотношение заявляемых составов обусловлено областью фазовой однородности люминесцентного материала, образующегося в системе SiO– BO– BiO – CaF– EuO – ZnO.
2
2
3
2
3
2
2
3
0
2
2
3
5
7
3+
Пример 1. Шихту состава (мас. %): 8SiO– 20BO– 33BiO– 10CaF – 3 EuO – ZnO остальное, многократно перетирали в агатовой ступке и проводили двухступенчатый отжиг при 250-400 °С в течение 2-3 часов и 900 °С в течение 10 ч для гомогенизации расплава, после чего отливали в медную форму. Синтезированные образцы стекол дополнительно отжигали при 300 °С (45 ч) для снятия напряжения. Полученное люминесцирующее оксифторидное стекло имеет интенсивность на длине электронного перехода D→F иона европия в 1.25 раза выше, чем прототип и в 1.43 раз выше, чем промышленный люминофор К-77 YO:Eu (1 ат. %), что показано в таблице.
2
2
3
2
3
2
2
3
0
2
2
3
5
7
3+
3+
Пример 2. Шихту состава (мас. %): 8SiO– 20BO– 31BiO– 10CaF – 5 EuO – ZnO остальное, готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцирующее оксифторидное стекло имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода D→F иона европия в 1.31 раз выше, чем прототип и в 1.57 раз выше, чем промышленный люминофор К-77 YO:Eu (1 ат. %). Результаты измерений интенсивности люминесценции Euприведены в таблице.
2
2
3
2
3
2
2
3
0
2
2
3
5
7
3+
3+
Пример 3. Шихту состава (мас. %): 8SiO– 20BO– 29BiO– 10CaF – 7 EuO – ZnO остальное, готовили по технологии, описанной в примере 1. Полученное люминесцирующее оксифторидное стекло имеет интенсивность люминесценции на длине волны электронного перехода D→F иона европия в 1.18 раз выше, чем прототип и в 1.35 раз выше, чем промышленный люминофор К-77 YO:Eu (1 ат. %). Результаты измерений интенсивности люминесценции Euприведены в таблице.
2
2
3
2
3
2
Уменьшение содержания SiOниже 8 мас. %приводит к уменьшению однородности люминесцентного материала и ухудшает его оптическое качество. Уменьшение BiO, ВOи ZnO ниже заявляемых нецелесообразно из-за увеличения температуры синтеза. Увеличение концентрации CaF способствует повышению температурного интервала стеклования.
5
7
3+
0
2
2
2
3
2
3
2
2
3
Как следует из полученных данных техническим результатом изобретения является повышение интенсивности люминесценции ионов европия на длине волны электронного перехода D→F. В интервале 3-7 мас. % Eu интенсивность свечения люминесцирующего оксифторидного стекла состава (мас. %): 8SiO– 20BO– (36-х)BiO– 10CaF– хEuO – ZnO остальное (3 ≤ х ≤ 7) превышает интенсивность промышленного люминофора К-77 и прототипа.
Сравнительные характеристики заявляемых составов
Пример
Состав, мас. %
I<sub>отн.</sub>
SiO<sub>2</sub>
В<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
ZnO
CaF<sub>2</sub>
Eu<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1
8
20
33
31
10
3
1.43<sup>*</sup>1.25
2
8
20
31
31
10
max 5
1.57<sup>*</sup>1.31
3
8
20
29
31
10
7
1.35<sup>*</sup>1.18
К-77промышленный люминофорY<sub>2</sub>O<sub>3</sub>:Eu<sup>3+</sup>
-
-
-
-
-
1ат.% Eu<sup>3+</sup>
1.0
Прототип
8
20
31
36
-
5
1.2
5
7
0
2
Примечание: источник возбуждения – ксеноновая лампа высокого давления ДкСШ 150-1М. Измерение интенсивности люминесценции проведено на длине волны 620 нм электронного перехода D→F иона европия.
отн.
2
3
отн
*
3+
I соответствует интенсивности люминесценции люминесцирующего оксифторидного стекла относительно промышленного люминофора К-77 YO:Eu (1 ат. %), вторая цифра в столбце I соответствует интенсивности люминесценции люминесцирующего оксифторидного стекла относительно прототипа.