СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКСУЛЬФИДНОГО ЭЛЕКТРОЛЮМИНОФОРА
METHOD OF MAKING ZINC SULPHIDE ELECTROLUMINESCENT MATERIAL

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу получения электролюминофоров на основе сульфида цинка.
2
2
Наиболее близким по технической сущности является способ получения цинксульфидных электролюминофоров (а.с. 258500, 26.01.1972, БИ №5), который заключается в том, что шихта известного состава прокаливается при температурах 600-1100°С в течение 10-60 мин в присутствии минерализующих добавок. При этом происходит легирование сульфида цинка медью с образованием твердого раствора меди в сульфиде цинка. После прокаливания происходит остывание, в процессе которого происходит частичный распад твердого раствора и образование гетеропереходов ZnS-CuS, являющихся источниками электронов при возбуждении люминесценции переменным электрическим полем. Кроме того, происходит выделение фазы CuS на поверхности, которая далее удаляется отмывкой. Готовый продукт высушивается и просеивается.
Недостатком известного способа, принятого за прототип предлагаемого, является то, что процесс распада твердого раствора при охлаждении протекает не полностью, и тем самым снижается яркость электролюминесценции.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение яркости электролюминесценции цинксульфидных электролюминофоров.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения цинксульфидного электролюминофора, включающем прокаливание шихты, содержащей сульфид цинка, серу, галогениды аммония и добавку активатора в виде меди или меди совместно с алюминием, при температуре 600-1100°С в течение 10-60 минут с последующим размалыванием и просеиванием целевого продукта, дополнительно проводят электронно-лучевую обработку полученного в виде порошка продукта, воздействуя на него пучком электронов, ускоренных до энергии 900 кэВ, при поглощенной дозе 25÷75 кГр.
Заявляемый способ позволяет повысить яркость электролюминесценции на 40% по сравнению с известным способом-прототипом.
В предлагаемом способе электронно-лучевую обработку образцов электролюминофоров проводят с использованием ускорителя электронов, например ускорителя резонансно-трансформаторного типа РТЭ-1В (производства НИИЭФА им. Д.В.Ефремова, Санкт-Петербург), при энергии электронов 900 кэВ, токе 1 мА и значениях поглощенной дозы в диапазоне от 25 до 75 кГр.
Для проведения электронно-лучевой обработки образцы порошковых электролюминофоров помещают в стандартные полиэтиленовые пакеты, которые плотно закрывают и располагают на рабочем столе ускорителя. С целью обеспечения однородности толщина слоя обрабатываемого материала составляет несколько сотен микрон, что на порядок меньше глубины проникновения ускоренных электронов с энергией 900 кэВ. Для обеспечения требуемой поглощенной дозы в процессе обработки рабочий стол с расположенными на нем образцами приводили в движение с совершением возвратно-поступательных движений под выходным окном ускорителя.
В литературе известно использование гамма-излучения для повышения яркости готовых электролюминесцентных конденсаторов (патент РФ 1825277, 11.27.1996), но в этом случае облучали готовое изделие, а не электролюминофор, и повышение яркости происходило за счет изменения электрических характеристик конденсатора. В заявляемом способе яркость возрастает при облучении исходного электролюминофора за счет более полного распада твердого раствора и изменения спектра свечения (сдвиг спектра в область больших длин волн).
2
По результатам измерения размеров частиц и данным рентгенофазового анализа в предлагаемом нами способе получения цинксульфидного люминофора никакого роста частиц и/или улучшения кристалличности не происходит, а рост яркости осуществляется за счет распада пересыщенного твердого раствора меди в ZnS, что приводит к формированию гетеропереходов ZnS-CuS, необходимых для электролюминесценции, а также к формированию центров «зеленого» излучения с максимумом при 510-515 нм. Указанный эффект возможен только в системах с высокой концентрацией меди в электролюминофоре значительно выше предела растворимости, что характерно только для электролюминофоров системы ZnS:Cu. Во всех других случаях, когда нет пересыщенного твердого раствора, наш способ не приводит к повышению яркости, а только вызывает ее снижение за счет возникновения радиационных дефектов, что и наблюдалось нами для других систем.
Предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.
Примеры осуществления способа
Пример 1. Электролюминофор состава ZnS:Cu,Al,Br синтезировали по известному способу-прототипу с содержанием меди 0,3 мас.%, алюминия 0,05 мас.% и бромида аммония 0,5 мас.%. Полученный люминофор подвергали электронно-лучевой обработке при энергии электронов 900 кэВ, токе 1 мА и поглощенных дозах 25, 50 и 75 кГр в соответствии с заявляемым способом. В таблице 1 представлены результаты воздействия обработки на яркость электролюминесценции в зависимости от поглощенной дозы.
Полученные результаты показывают, что яркость электролюминесценции образца ZnS:Cu,Al,Br достигает максимума при поглощенной дозе 50 кГр, превосходя яркость образца, полученного по способу-прототипу, на 40% при напряжении возбуждения 220 В.
Пример 2. Электролюминофоры ZnS:Cu,Cl синтезировали с по известному способу-прототипу содержанием меди 0,0375, 0,075, 0,150 и 0,30 мас.% и хлорида аммония 0,5 мас.%. Электронно-лучевую обработку проводили при энергии электронов 900 кэВ, токе 1 мА и поглощенной дозе 50 кГр. Яркости образцов при напряжении 220 В и частоте 400 Гц приведены в таблице 2.
Полученные результаты свидетельствуют о существенном повышении яркости электролюминесценции по сравнению с прототипом, составляющем до 15%, при содержании меди в электролюминофоре 0,075-0,15 мас.%.
Таким образом, заявляемый способ получения цинксульфидных электролюминофоров позволяет повысить яркость электролюминесценции на 40% по сравнению с известным способом.
Таблица 2
Яркость электролюминесценции (при 220 В, 400 Гц) люминофоров состава ZnS:Cu,Cl
Содержание Сu, мас.%
0,0375
0,075
0,150
0,30
Яркость прототипа, отн. ед.
4,6
6,0
7,3
7,1
Яркость образца, полученного по предлагаемому способу, отн. ед.
5,2
6,9
8,4
7,7