改进量子分裂的氧化物基荧光物质及其生产方法技术

用Ｐｒ↑［３＋］活化的铝酸锶、铝酸钙、铝酸锶钙、铝酸锶钙镁、铝酸钙镁和硼酸锶在ＶＵＶ激发下具有量子分裂荧光物质的特征。在ＶＵＶ激发下约４０５ｎｍ强发射峰可方便地用来鉴定量子分裂荧光物质（８０）。在制备荧光物质（８０）时加入氟化物或硼酸作为熔剂可以达到这些改进。通过观测在约４８０ｎｍ和６１０ｎｍ的发射强度比也有可能预测光子效率的改善情况。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及以氧化物为主要成分的材料，它们的一种应用是作为荧光物质。更具体地，这些荧光物质是掺杂Pr3+的铝酸盐或硼酸盐，用真空紫外(“VUV”)辐射照射时有量子分裂现象。本专利技术还涉及这样的量子分裂荧光物质的生产方法。
技术介绍
单个紫外(“UV”)光子转换成两个可见光子称之量子分裂，所述转换的结果是发光的量子效率超过整体。量子分裂材料非常有前途的应用是用作照明(例如荧光灯)的荧光物质。合适的量子分裂荧光物质因比较高的总发光输出，原则上可以生产亮得多的荧光光源，因为这种物质可以将目前在市售荧光灯中使用的传统荧光物质还没有有效吸收的这部分UV辐射转换成可见光。此前已证明在以氟化物为主要成分和以氧化物为主要成分的材料中有量子分裂。用波长185nm的辐射激发时，一种在YF3基体中含有0.1％Pr3+的材料曾显示出每个吸收的UV光子可产生一个以上的可见光子。测量这种材料的光子效率是140％，因此大大超过整体。但是，以氟化物为主要成分的复合物的稳定性不足以允许它们在荧光灯中作为荧光物质使用，因为人们知道它们与在这样的灯中使用的汞蒸汽发生反应，提供UV辐射并生成没有量子分裂的材料。另外，生产以氟化物为主要成分的材料存在特别实际的挑战，因为它涉及使用大量高反应性的有毒的氟基材料。这些申请人近来公开了以氧化物为主要成分的量子分裂材料。US 5552 082公开了用Pr3+离子活化的镧镁硼酸盐。US 5 571 4151公开了用Pr3+离子活化的锶镁铝酸盐，而电荷用Mg2+离子补偿。这些材料发射谱的最大峰在约405nm处，该峰是量子分裂的特征峰。但是，这些材料在波长小于350nm的UV光区内还有很强的发射。这部分发射降低了总可见光的输出，否则，该输出还可以更高些。因此，仍希望提供以氧化物为主要成分的量子分裂荧光物质，它在可见光区具有比现有技术的量子分裂材料更高的量子效率。还希望通过使用具有更高量子效率的量子分裂荧光物质，提供更节能的光源。也希望提供具有高量子分裂能力的材料的生产方法。
技术实现思路
本专利技术提供掺杂Pr3+离子的以氧化物为主要成分的荧光物质，用VUV辐射照射时，该荧光物质有量子分裂。这里使用的VUV辐射是波长小于215nm的辐射。本专利技术的氧化物荧光物质是铝或硼的氧化物，它们的正电荷反离子选自周期表第IIA族。本专利技术的荧光物质可以用于汞蒸汽放电灯，提供节能光源。在本专利技术的一个方面，以氧化物为主要成分的荧光物质是具有磁铁铅矿晶体结构的铝酸锶或铝酸锶钙。该铝酸盐掺杂Pr3+离子。此外，有利的是Pr3+取代Sr2+位点时，可用镁离子取代一些铝离子，其目的是电荷补偿。本专利技术这种以氧化物为主要成分的荧光物质的组成可用Sr1-1.5yPryAl12O19，Sr1-x-1.5yCaxPryAl12O19或Sr1-x-zCaxMgzAl12-zPrzO19表示，其中0＜x＜1，y是约0.005-0.5，z是约0.005-0.5，并且x+1.5y≤1，x+z＜1。在本专利技术的另一方面，以氧化物为主要成分的荧光物质是用Pr3+离子活化的铝酸钙或铝酸钙镁，它们的组成可用式Ca1-zPrzAl12O19、Ca1-xPrzMgAl11.33O19或Ca1-zPrzMgAl14O23表示，其中z是约0.005-0.5。在所有这些基质晶格中，可以用Mg2+离子或用晶格空位电荷补偿Pr3+离子。在本专利技术的另一个方面，以氧化物为主要成分的荧光物质是用Pr3+活化的硼酸锶，它的组成可用式Sr1-zPrzB4O7表示，其中z是约0.005-0.5。本专利技术还提供一种改进量子分裂的铝酸盐或硼酸盐荧光物质的制备方法。该方法包括下述步骤选择所希望荧光物质的最后组成；下述两组材料混合在一起(1)至少一种镨的含氧化合物以及(2)选自锶、钙、镁、铝和硼的含氧化合物的材料，以便达到所希望的最后组成；生成基本均匀的所选化合物的混合物；以及在非氧化气氛中，在足以得到所希望的组成并保持镨离子为3+价态的温度与时间的条件下煅烧该基本均匀的混合物。在本专利技术的另一个方面，该方法还包括加入至少一种选自铝、钙和锶的氟化物盐的化合物，其量足以在生成基本均匀的混合物步骤之前起熔剂的作用。以氧化物为主要成分的荧光物质是硼酸盐时，有利地，可以使用一定量的硼酸，用来代替氟化物盐或与氟化物盐一起作为熔剂。细读本说明书和附属的权利要求书以及附图，本专利技术的优点将变得显而易见。附图说明图1是Pr3+离子的能级图。图2是本专利技术铝酸盐量子分裂荧光物质的发射光谱，该荧光物质的标称组成为CaMgAl11.33O19Pr3+，其中冒号后的元素表示在基质晶格中低水平掺杂的活化剂。图3是本专利技术铝酸盐量子分裂荧光物质的发射光谱，该荧光物质的标称组成为CaAl12O19Pr3+。图4是本专利技术硼酸盐量子分裂荧光物质的发射光谱，该荧光物质的标称组成为SrB4O7Pr3+。图5是示意性说明加入本专利技术荧光物质的灯。具体实施例方式一般地，本专利技术提供用Pr3+活化的以氧化物为主要成分的荧光物质。更具体地，该荧光物质是用Pr3+离子活化的铝酸锶、铝酸锶钙、铝酸锶钙镁、铝酸钙、铝酸钙镁和硼酸锶。Pr3+掺杂水平典型地是约0.005-0.5。在本专利技术一种优选实施方案中，铝酸盐荧光物质具有式Sr1-1.5yPryAl12O19、Sr1-x-1.5yCaxPryAl12O19或Sr1-x-zCaxMgzAl12-zPrzO19，其中0＜x＜1，y是约0.005-0.5，z是约0.005-0.5，并且x+1.5y≤1，和x+z＜1。更具体地，所制备具有量子分裂性能的荧光物质的组成是Sr0.9Pr0.1Al12O19，Sr0.9Pr0.1Mg0.1Al11.9O19和Sr0.725Ca0.175Pr0.1Al11.9Mg0.1O19。在本专利技术另一种优选实施方案中，铝酸盐荧光物质具有式Ca1-zPrzAl12O19、Ca1-zPrzMgAl11.33O19或Ca1-zPrzMgAl14O23，其中z是约0.005-0.5，更优选约0.005-0.2，最优选约0.005-0.1。在本专利技术另一种优选实施方案中，以氧化物为主要成分的荧光物质具有式Sr1-zPrzB4O7，其式中z是约0.005-0.5，更优选约0.005-0.2，非常优选约0.005-0.1。一般地，具有光子分裂能力的材料的发射光谱显现的特征峰在约405nm，该峰是激发的Pr3+离子以辐射方式从1S0能级衰变到1I6能级时放射的第一个可见光子的结果。因此，与使用更费时的测量光子效率的方法相比，研究强度对波长的光谱证明是一种确定材料是否是光子分裂的方便方法。无限制地，荧光物质的光子分裂性质归因于在氧化物晶格中Pr3+离子的VUV激发。因此，本专利技术的氧化物应该加工达到在氧化物晶格内使镨保持其Pr3+离子状态。图1显示出Pr3+离子的能级。尽管本申请人并不希望受任何特定理论的约束，但可认为本专利技术的光子分裂荧光物质提供了比整体更高的量子效率，因为用VUV激发的Pr3+离子通过下述过程返回到基态时，它发射两个可见光子。在4f5d能带的激发Pr3+离子以非辐射方式衰变到1S0态，它再从1S0态以辐射方式衰变到1I6能级，并且同时发射第一个可见光子。然后，Pr3+离子从1I6能级以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以氧化物为主要成分的量子分裂荧光物质，该物质含有选自铝和硼元素的氧化物，至少一种选自锶、钙和镁的正电荷反离子；所述的氧化物掺杂了Ｐｒ↑［３＋］离子；所述的荧光物质在用ＶＵＶ辐射照射时具有量子分裂的性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AA塞特卢尔，AM斯里瓦斯塔瓦，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]