中國科學院長春應化所石春山研究員課題組發明的“稀土發光材料制備方法”獲得美國商標專利局授權(專利號:US 7,060,202, B2)。
稀土三基色發光材料,尤其是燈用材料,由于具有發光效率高、壽命長、顯色性好等優點,在照明和顯示領域已有廣泛應用。
迄今為止,稀土三基色發光材料及其制備方法一直是以摻雜三價銪離子的氧化釔作為紅粉、以三價鋱離子和三價鈰離子共摻雜的多鋁酸鎂作為綠粉、以二價銪離子摻雜的多鋁鎂酸鋇作為藍粉,制備發光材料時,將三種材料按比例研混后高溫灼燒,產物再經過科學后處理,最后得到實用的稀土三基色熒光粉。
這一工藝中,用作產生藍光發射的二價銪離子,必須采用氫氣或碳或其他還原劑,由三價銪離子還原才能得到。還原工藝是規;a過程中的復雜環節,有時甚至還有污染或不安全因素存在。通用的稀土三基色發光材料都是由三種基質化合物組成的,高溫條件下各組分間往往會相互發生作用,或者長期在紫外光照射下,幾種化合物產生的老化程度也會各有不同。這些都會影響材料的發光性能和燈的使用壽命。
中國科學院長春應化所石春山研究員課題組于1994年提出:“電子構型具有一定特征的一對三價稀土離子之間存在有共軛效應,在某些體系中可實現電子轉移而產生價態異常變化”(《變價稀土元素化學與物理》,科學出版社,1994),隨后,國內外相繼有多篇文獻報道驗證或運用了這一理論(如,J.Alloy &Compounds,1995,224,177;Chin.J.Chem.,1996,5,399;J.Applied Physics,2000,3,1424。等)。
課題組以國家需求為己任,將這一基礎研究成果具體應用于稀土發光材料制備,發明出一類新的具有自主知識產權的稀土三基色發光材料及其制備方法。通過將激活劑與基質化合物研混后,空氣中直接高溫灼燒,得到一類單基雙摻稀土三基色發光材料。該方法體系新穎,制備工藝簡便,易于操作。
該項發明提供的一類新稀土三基色發光材料,都是一種基質,可避免多基質相互作用引起的光學能量損耗;該項發明提供的制備方法,不需要采用任何還原劑,產生藍光發射的二價銪離子,是在合成過程中由摻入的三價銪離子與摻入的三價鋱離子之間產生電子轉移形成的,即三價鋱離子失去一個電子,部分地氧化成不發光的四價鋱離子,而三價銪離子得到一個電子,部分地還原成發藍光的二價銪離子。這樣,在發光材料中就有發紅光的三價銪離子、發綠光的三價鋱離子、發藍光的二價銪離子和不發光的四價鋱離子四種稀土離子共存,紫外光激發下發射的紅、綠、藍三基色光復合成白色光發出。該項發明提供的制備方法,省去了特定的還原工藝過程。因此簡化和凈化了流程,方便了操作。
目前,該項發明的原理和相關技術,已擴展到硫氧化物以及多孔材料。為探找新的發光材料及其應用拓寬了領域。
稀土三基色發光材料,尤其是燈用材料,由于具有發光效率高、壽命長、顯色性好等優點,在照明和顯示領域已有廣泛應用。
迄今為止,稀土三基色發光材料及其制備方法一直是以摻雜三價銪離子的氧化釔作為紅粉、以三價鋱離子和三價鈰離子共摻雜的多鋁酸鎂作為綠粉、以二價銪離子摻雜的多鋁鎂酸鋇作為藍粉,制備發光材料時,將三種材料按比例研混后高溫灼燒,產物再經過科學后處理,最后得到實用的稀土三基色熒光粉。
這一工藝中,用作產生藍光發射的二價銪離子,必須采用氫氣或碳或其他還原劑,由三價銪離子還原才能得到。還原工藝是規;a過程中的復雜環節,有時甚至還有污染或不安全因素存在。通用的稀土三基色發光材料都是由三種基質化合物組成的,高溫條件下各組分間往往會相互發生作用,或者長期在紫外光照射下,幾種化合物產生的老化程度也會各有不同。這些都會影響材料的發光性能和燈的使用壽命。
中國科學院長春應化所石春山研究員課題組于1994年提出:“電子構型具有一定特征的一對三價稀土離子之間存在有共軛效應,在某些體系中可實現電子轉移而產生價態異常變化”(《變價稀土元素化學與物理》,科學出版社,1994),隨后,國內外相繼有多篇文獻報道驗證或運用了這一理論(如,J.Alloy &Compounds,1995,224,177;Chin.J.Chem.,1996,5,399;J.Applied Physics,2000,3,1424。等)。
課題組以國家需求為己任,將這一基礎研究成果具體應用于稀土發光材料制備,發明出一類新的具有自主知識產權的稀土三基色發光材料及其制備方法。通過將激活劑與基質化合物研混后,空氣中直接高溫灼燒,得到一類單基雙摻稀土三基色發光材料。該方法體系新穎,制備工藝簡便,易于操作。
該項發明提供的一類新稀土三基色發光材料,都是一種基質,可避免多基質相互作用引起的光學能量損耗;該項發明提供的制備方法,不需要采用任何還原劑,產生藍光發射的二價銪離子,是在合成過程中由摻入的三價銪離子與摻入的三價鋱離子之間產生電子轉移形成的,即三價鋱離子失去一個電子,部分地氧化成不發光的四價鋱離子,而三價銪離子得到一個電子,部分地還原成發藍光的二價銪離子。這樣,在發光材料中就有發紅光的三價銪離子、發綠光的三價鋱離子、發藍光的二價銪離子和不發光的四價鋱離子四種稀土離子共存,紫外光激發下發射的紅、綠、藍三基色光復合成白色光發出。該項發明提供的制備方法,省去了特定的還原工藝過程。因此簡化和凈化了流程,方便了操作。
目前,該項發明的原理和相關技術,已擴展到硫氧化物以及多孔材料。為探找新的發光材料及其應用拓寬了領域。