Алюминат стронция — это алюминатное соединение с химической формулой SrAl 2 O 4 (иногда пишется как SrO·Al 2 O 3 ). Это бледно-желтый моноклинный кристаллический порошок, не имеющий запаха и невоспламеняющийся. При активации подходящим допантом (например, европием , пишется как Eu:SrAl 2 O 4 ), он действует как фотолюминесцентный фосфор с длительным сохранением фосфоресценции .
Алюминаты стронция существуют в различных других составах, включая SrAl 4 O 7 (моноклинный), Sr 3 Al 2 O 6 ( кубический ), SrAl 12 O 19 ( гексагональный ) и Sr 4 Al 14 O 25 ( орторомбический ). Различные составы вызывают разные цвета испускаемого света.
Фосфоресцентные материалы были обнаружены в 1700-х годах , и люди изучали их и вносили улучшения на протяжении столетий. Разработка пигментов алюмината стронция в 1993 году была вызвана необходимостью найти замену светящимся в темноте материалам с высокой яркостью и длительной фосфоресценцией, особенно тем, которые использовали прометий . Это привело к открытию Ясумицу Аоки (Nemoto & Co.) материалов с яркостью примерно в 10 раз большей, чем у сульфида цинка, и фосфоресценцией примерно в 10 раз более длительной, и в 10 раз более дорогой. Изобретение было запатентовано Nemoto & Co., Ltd. в 1994 году и лицензировано другими производителями и часовыми брендами. [1] Алюминаты стронция в настоящее время являются самым долговечным и ярким фосфоресцентным материалом, доступным на рынке.
Для многих целей, основанных на фосфоресценции, алюминат стронция является превосходным фосфором по сравнению со своим предшественником, активированным медью сульфидом цинка , будучи примерно в 10 раз ярче и светясь в 10 раз дольше. [ необходима ссылка ] Он часто используется в светящихся в темноте объектах, где он заменяет более дешевый, но менее эффективный Cu:ZnS, который многие люди узнают с ностальгией — именно он заставил светиться наклейки «светящиеся в темноте звезды».
Достижения в понимании механизмов фосфоресценции, а также достижения в области молекулярной визуализации позволили разработать новые, современные алюминаты стронция. [2]
Люминофоры алюмината стронция производят оттенки зеленого и аквамарина , где зеленый дает самую высокую яркость, а аквамарин - самое длительное время свечения. В качестве матрицы-хозяина могут использоваться различные алюминаты. Это влияет на длину волны испускания иона европия, его ковалентным взаимодействием с окружающими кислородами и расщеплением кристаллическим полем 5d-орбитальных энергетических уровней. [3]
Длины волн возбуждения для алюмината стронция лежат в диапазоне от 200 до 450 нм, а длины волн испускания — от 420 до 520 нм. Длина волны для его зеленой формулы составляет 520 нм, его аквамариновая или сине-зеленая версия излучает при 505 нм, а его синяя версия излучает при 490 нм. Алюминат стронция может быть сформулирован так, чтобы фосфоресцировать и на более длинных (от желтого до красного) длинах волн, хотя такое излучение часто более тусклое, чем у более распространенной фосфоресценции на более коротких длинах волн.
Для алюминатов, легированных европием-диспрозием, пиковые длины волн излучения составляют 520 нм для SrAl 2 O 4 , 480 нм для SrAl 4 O 7 и 400 нм для SrAl 12 O 19 . [4]
Eu 2+ ,Dy 3+ :SrAl 2 O 4 важен как устойчиво люминесцентный фосфор для промышленного применения. Он может быть получен с помощью процесса с использованием расплавленной соли при температуре 900 °C. [5]
Наиболее описанный тип - это стехиометрический зеленый (приблизительно 530 нм) Eu 2+ : SrAl 2 O 4 . Eu 2+ , Dy 3+ , B: SrAl 2 O 4 показывает значительно более длительное послесвечение, чем материал, легированный только европием. Легирующая добавка Eu 2+ показывает сильное послесвечение, в то время как Eu 3+ практически не имеет его. Поликристаллический Mn: SrAl 12 O 19 используется в качестве зеленого люминофора для плазменных дисплеев , а при легировании празеодимом или неодимом может выступать в качестве хорошей активной лазерной среды . Sr 0,95 Ce 0,05 Mg 0,05 Al 11,95 O 19 - это люминофор, излучающий на длине волны 305 нм с квантовой эффективностью 70%. Несколько алюминатов стронция можно получить с помощью золь-гель процесса. [6]
Получаемые длины волн зависят от внутренней кристаллической структуры материала. Небольшие изменения в процессе производства (тип восстановительной атмосферы, небольшие изменения стехиометрии реагентов, добавление углерода или галогенидов редкоземельных элементов ) могут существенно влиять на длины волн излучения.
Стронциевый алюминатный фосфор обычно обжигается при температуре около 1250 °C, хотя возможны и более высокие температуры. Последующее воздействие температур выше 1090 °C, вероятно, приведет к потере его фосфоресцентных свойств. При более высоких температурах обжига Sr 3 Al 2 O 6 претерпевает трансформацию в SrAl 2 O 4 . [7]
Алюминат стронция, легированный церием и марганцем (Ce,Mn:SrAl 12 O 19 ) , показывает интенсивную узкополосную (шириной 22 нм) фосфоресценцию при 515 нм при возбуждении ультрафиолетовым излучением (линия эмиссии ртути 253,7 нм, в меньшей степени 365 нм). Его можно использовать в качестве люминофора в люминесцентных лампах в фотокопировальных аппаратах и других устройствах. Небольшое количество кремния, заменяющее алюминий, может увеличить интенсивность излучения примерно на 5%; предпочтительный состав люминофора - Ce 0,15 Mn 0,15 :SrAl 11 Si 0,75 O 19 . [8]
Однако материал имеет высокую твердость, что приводит к истиранию оборудования, используемого для его обработки; производители часто покрывают частицы подходящей смазкой при добавлении их в пластик. Покрытие также предотвращает деградацию фосфора под воздействием воды с течением времени.
Интенсивность свечения зависит от размера частиц: как правило, чем крупнее частицы, тем лучше свечение.
Алюминат стронция нерастворим в воде и имеет pH приблизительно 8 (очень слабощелочной).
Цемент на основе алюмината стронция может быть использован в качестве огнеупорного конструкционного материала. Его можно приготовить путем спекания смеси оксида стронция или карбоната стронция с глиноземом в примерно эквимолярном соотношении при температуре около 1500 °C. Его можно использовать в качестве цемента для огнеупорного бетона при температурах до 2000 °C, а также для защиты от радиации . Использование цементов на основе алюмината стронция ограничено доступностью сырья. [9]
Алюминаты стронция были рассмотрены в качестве предлагаемых материалов для иммобилизации продуктов деления радиоактивных отходов , а именно стронция-90 . [10] Наночастицы алюмината стронция, легированные европием, предложены в качестве индикаторов напряжений и трещин в материалах, поскольку они излучают свет при воздействии механического напряжения ( механолюминесценция ). Они также полезны для изготовления механооптических наноустройств. Для этой цели необходимы неагломерированные частицы; их трудно приготовить традиционным способом, но их можно изготовить с помощью ультразвукового распылительного пиролиза смеси ацетилацетоната стронция, ацетилацетоната алюминия и ацетилацетоната европия в восстановительной атмосфере (аргон с 5% водорода). [11]
Пигменты послесвечения на основе алюмината стронция продаются под многочисленными торговыми марками, такими как Core Glow, Super-LumiNova [12] и Lumibrite , разработанные компанией Seiko .
Многие компании дополнительно продают продукты, которые содержат смесь частиц алюмината стронция и «материала-хозяина». Благодаря почти бесконечной способности к перезарядке, продукты из алюмината стронция используются во многих отраслях. Некоторые из самых популярных применений — уличное освещение, например, вирусная велосипедная дорожка. [13]
Компании предлагают промышленный мраморный заполнитель, смешанный с алюминатом стронция, для обеспечения простоты использования в стандартных строительных процессах. Светящиеся мраморные заполнители часто прессуются в цемент или асфальт на последних этапах строительства.
В настоящее время разрабатываются многоразовые и нетоксичные альтернативы светящимся палочкам с использованием частиц алюмината стронция.
Кубический алюминат стронция может быть использован в качестве водорастворимого жертвенного слоя для производства свободностоящих пленок сложных оксидных материалов. [14] [15]
Алюминаты стронция считаются нетоксичными, биологически и химически инертными. [16]
Следует соблюдать осторожность при обращении с рассыпчатым порошком, который может вызвать раздражение при вдыхании или попадании на слизистые оболочки. [16]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )