改进量子分裂的氧化物基荧光物,生产方法及其设计准则技术

用Ｐｒ↑［３＋］和Ｍｎ↑［２＋］活化的铝酸锶和铝酸锶钙与硼酸镧和硼酸镧镁具有量子分裂荧光物质的特性。再掺杂Ｇｄ↑［３＋］可达到改善的量子效率。设计量子分裂荧光物质的改进准则包括为促进能量迁移而需要在基质晶格中加入Ｇｄ↑［３＋］和Ｍｎ↑［２＋］。（*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】,生产方法及其设计准则的制作方法
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+和Mn2+的氧化物，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，以及设计这样的量子分裂荧光物质的准则。
技术介绍
单个紫外(“UV”)光子转变成两个可见光子称之为量子分裂，所述转变的结果是发光量子效率超过整体。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，在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。一种在YF3基体中含有0.1％Pr3+的材料曾显示出，用波长185nm的辐射激发时，每个吸收的UV光子可产生一个以上的可见光子。测定这种材料的量子效率是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提供UV辐射这样的灯中使用的汞蒸汽发生反应，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一个很大的实际挑战，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。US5552082公开了用Pr3+离子活化的硼酸镧镁。US55714151公开了用Pr3+离子活化的铝酸锶镁，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，希望提供以氧化物为主要成分的量子分裂的荧光物质，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性能材料的生产方法与指导这种材料设计的准则。
技术实现思路
本专利技术提供掺杂至少Pr3+和Mn2+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辐射是波长小于约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族和IIIA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铝酸锶，其中锶可以用钙部分或全部取代，该荧光物质掺杂了至少Pr3+和Mn2+。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-xCaxAlxO19Pr3+，Mn2+表示，式中0≤x≤1。在这种约定中，冒号后的元素是荧光物质中的活化剂。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除Pr3+和Mn2+外还掺杂了Gd3+。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掺杂了La3+和Mg2+离子，这些离子用来补偿电荷和使晶格中的空位数最小。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+和Mn2+活化的硼酸镧，其中镧可用钆部分取代。另外，该硼酸盐荧光物质可以掺杂Mg2+。本专利技术这种硼酸盐荧光物质的组成可用La1-x-y-zGdxPryMnzB3O6表示，其中x是约0.005-0.99，y是约0.005-0.1，z是约0.005-0.5，并且x+y+z＜1。本专利技术另一种硼酸盐荧光物质具有式La1-x-yGdxPryMg1-zMnzB5O10，其中x是约0.005-0.995，y是约0.005-0.1，z是约0.005-0.5，并且x+y＜1。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。铝酸盐荧光物质具有式Sr1-xCaxAl12O19Pr3+，Mn2+或Sr1-xCaxAl12O19Pr3+，Mn2+，A；其中0≤x≤1，而A选自Gd3+、La3+、Mg2+，以及它们的组合。硼酸盐荧光物质具有式La1-x-y-zGdxPryMnzB3O6，其中x是约0.005-0.99，y是约0.005-0.1，z是约0.005-0.5，并且x+y+z＜1，或式La1-x-y-zGdxPryMg1-zMnzB5O10，其中x是约0.005-0.995，y是约0.005-0.1，z是约0.005-0.5，并且x+y＜1。该方法包括下述步骤选择所希望荧光物质的最后组成；将镨和锰的含氧化合物，以及选自锶、钙、铝、硼、钆、镧和镁的含氧化合物混合在一起，以便达到所希望的最后组成；生成所选化合物基本均匀的混合物；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，锰离子为2+价态的温度与时间的条件下煅烧该基本均匀的混合物。细读本说明书和附属的权利要求书以及附图，本专利技术的其它优点将变得显而易见。附图说明图1是Pr3+、Gd3+和Mn2+离子的能级图。图2显示用Pr3+、Gd3+和Mn2+活化的铝酸锶发射谱和Mn2+激发光谱，该谱显示了Gd3+的能量吸收以及Gd3+与Mn2+之间的能量转移。图3显示在用Pr3+、Gd3+和Mn2+活化的铝酸锶中Gd3+的激发光谱。图4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+和Mn2+活化的以氧化物为主要成分的荧光物质。更具体地，该荧光物质是用至少Pr3+和Mn2+离子活化的铝酸锶和硼酸镧荧光物质。Pr3+和Mn2+掺杂含量典型地分别是约0.005-0.1和约0.005-0.5。另外，本专利技术铝酸盐荧光物质中的锶离子可以部分或全部用钙取代。在本专利技术一种优选实施方案中，铝酸盐荧光物质还掺杂了钆。优选的Gd3+掺杂含量是约0.005-0.995，该含量取决于基质晶格。在本专利技术另一种优选实施方案中，铝酸盐荧光物质还掺杂了La3+和Mg2+，其含量足以用来补偿电荷和使晶格中的空位数最小。因此，铝酸盐荧光物质具有式Sr1-xCaxAl12O19Pr3+，Mn2+或Sr1-xCaxAl12O19Pr3+，Mn2+，A；其中0≤x≤1，而A选自Gd3+、La3+、Mg2+以及它们的组合中的至少一个。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是用至少Pr3+和Mn2+活化的硼酸镧，其中镧可用钆部分取代。另外，该硼酸盐荧光物质可以掺杂Mg2+。本专利技术的硼酸镧荧光物质具有式La1-x-y-zGdxPryMnzB3O6，式中x是约0.005-0.5，y是约0.005-0.1，z是约0.005-0.5，并且x+y＜1。申请人观察到本专利技术的铝酸锶荧光物质有量子分裂。曾显示硼酸镧具有量子分裂能力(US 5 552 082)。也预计本专利技术的硼酸镧是量子分裂的，并且比现有技术的硼酸镧具有更高的量子效率，因为在UV光区Pr3+离子发射的大量辐射量可以通过Gd3+离子转移到Mn2+离子，Mn2+离子再以可见光发射。一般地，具有量子分裂能力的材料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量子效率的方法本文档来自技高网...

【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＋］和Ｍｎ↑［２＋］离子；所述的荧光物质在用ＶＵＶ辐射照射时具有量子分裂性能。

【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，HA科曼佐，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]