Алюминат стронция
| |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК
Алюминат стронция
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| Информационная карта ECHA | 100.031.310 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| СрАл 2 О 4 | |
| Молярная масса | 205.58 g/mol |
| Появление | Бледно-желтый порошок |
| Плотность | 3,559 г/см 3 |
| Структура | |
| Моноклиника | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Алюминат стронция представляет собой алюминатное соединение с химической формулой SrAl 2 O 4 (иногда пишется как SrO·Al 2 O 3 ). Это бледно-желтый моноклинный кристаллический порошок без запаха, негорючий. При активации подходящей примесью (например, европием , записанной как Eu:SrAl 2 O 4 ), действует как фотолюминесцентный люминофор с длительным сохранением фосфоресценции .
Алюминаты стронция существуют во множестве других составов, включая SrAl 4 O 7 (моноклинный), Sr 3 Al 2 O 6 ( куб .), SrAl 12 O 19 ( шестиугольный ) и Sr 4 Al 14 O 25 ( ромбический ). Различные композиции излучают разные цвета света.
История
[ редактировать ]Фосфоресцентные материалы были обнаружены в 1700-х годах , и люди изучали их и совершенствовали на протяжении веков. Разработка алюминатных пигментов стронция в 1993 году была вызвана необходимостью найти замену светящимся в темноте материалам с высокой яркостью и длительной фосфоресценцией, особенно тем, в которых использовался прометий . Это привело к открытию Ясумицу Аоки (Nemoto & Co.) материалов, яркость которых примерно в 10 раз превышает яркость сульфида цинка, а фосфоресценция примерно в 10 раз дольше и в 10 раз дороже. Изобретение было запатентовано компанией Nemoto & Co., Ltd. в 1994 году и передано по лицензии другим производителям и часовым брендам. [1] Алюминаты стронция в настоящее время являются самым долговечным и ярким фосфоресцирующим материалом, доступным на рынке.
Для многих целей, основанных на фосфоресценции, алюминат стронция является превосходным люминофором по сравнению со своим предшественником, медью активированным сульфидом цинка , поскольку он примерно в 10 раз ярче и в 10 раз дольше светится. [ нужна ссылка ] Его часто используют для светящихся в темноте объектов, заменяя более дешевый, но менее эффективный Cu:ZnS, который многие люди узнают с ностальгией - именно это заставляет светиться наклейки со светящимися в темноте звездами.
Достижения в понимании механизмов фосфоресценции, а также достижения в области молекулярной визуализации позволили разработать новые, современные алюминаты стронция. [2]
Характеристики
[ редактировать ]Люминофоры из алюмината стронция дают зеленые и голубые оттенки, причем зеленый дает наибольшую яркость, а голубой - самое продолжительное время свечения. В качестве матрицы-хозяина можно использовать различные алюминаты. Это влияет на длину волны излучения иона европия за счет его ковалентного взаимодействия с окружающим кислородом и кристаллическим полем расщепления 5d-орбитальных энергетических уровней. [3]
Длины волн возбуждения алюмината стронция составляют от 200 до 450 нм, а длины волн излучения — от 420 до 520 нм. Длина волны для его зеленого состава составляет 520 нм, его бирюзовая или сине-зеленая версия излучает при 505 нм, а синий излучает при 490 нм. Алюминат стронция может быть составлен так, чтобы фосфоресцировать и на более длинных волнах (от желтого до красного), хотя такое излучение часто более тусклое, чем излучение 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 СрАл12О19 O19. [4]
Евросоюз 2+ , те 3+ :SrAl 2 O 4 важен как постоянно люминесцентный люминофор для промышленного применения. Его можно производить методом расплавления соли при температуре 900 °C. [5]
Наиболее описанный тип - стехиометрический, излучающий зеленый цвет (около 530 нм). Евросоюз 2+ :SrAl 2 O 4 . Евросоюз 2+ , те 3+ ,B:SrAl 2 O 4 показывает значительно более длительное послесвечение, чем материал, легированный только европием. ЕС 2+ присадка показывает сильное послесвечение, а Eu 3+ почти не имеет. Поликристаллический Mn:SrAl 12 O 19 используется в качестве зеленого люминофора для плазменных дисплеев , а при легировании празеодимом или неодимом он может действовать как хорошая активная лазерная среда . Sr 0,95 Ce 0,05 Mg 0,05 Al 11,95 O 19 — люминофор, излучающий при 305 нм, с квантовой эффективностью 70%. Некоторые алюминаты стронция можно получить золь-гель -способом. [6]
Создаваемые длины волн зависят от внутренней кристаллической структуры материала. Небольшие изменения в производственном процессе (тип восстановительной атмосферы, небольшие изменения в стехиометрии реагентов, добавление углерода или редкоземельных элементов галогенидов ) могут существенно повлиять на длину волны излучения.
Люминофор из алюмината стронция обычно обжигают при температуре около 1250 ° C, хотя возможны и более высокие температуры. Последующее воздействие температур выше 1090 °C может привести к потере фосфоресцентных свойств. При более высоких температурах обжига Sr 3 Al 2 O 6 претерпевает превращение в СрАл 2 О 4 . [7]
Алюминат стронция, легированный церием и марганцем (Ce,Mn:SrAl 12 O 19 ) демонстрирует интенсивную узкополосную (шириной 22 нм) фосфоресценцию при 515 нм при возбуждении ультрафиолетовым излучением (линия ртутного излучения 253,7 нм, в меньшей степени 365 нм). Его можно использовать в качестве люминофора в люминесцентных лампах, копировальных аппаратах и других устройствах. Небольшое количество кремния, заменяющего 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 вызывает истирание оборудования, используемого при его обработке; производители часто покрывают частицы подходящей смазкой при добавлении их в пластик. Покрытие также предотвращает разложение люминофора водой с течением времени.
Интенсивность свечения зависит от размера частиц; как правило, чем крупнее частицы, тем лучше свечение.
Алюминат стронция нерастворим в воде и имеет приблизительный pH 8 (очень слабощелочной).
Конструкционный материал
[ редактировать ]Стронциеалюминатный цемент может быть использован в качестве огнеупорного конструкционного материала. Его можно получить спеканием смеси оксида или карбоната стронция с оксидом алюминия в примерно эквимолярном соотношении при температуре около 1500 ° C. Его можно использовать в качестве цемента для огнеупорного бетона при температуре до 2000 °C, а также для радиационной защиты . Использование алюминатных цементов стронция ограничено доступностью сырья. [9]
Алюминаты стронция рассмотрены как предлагаемые материалы для иммобилизации продуктов деления радиоактивных отходов , а именно стронция-90 . [10] алюмината стронция, легированные европием, Наночастицы предложены в качестве индикаторов напряжений и трещин в материалах, поскольку они излучают свет при воздействии механического напряжения ( механолюминесценции ). Они также полезны для изготовления механооптических наноустройств. Для этой цели необходимы неагломерированные частицы; их трудно приготовить традиционным способом, но их можно получить путем ультразвукового распылительного пиролиза смеси ацетилацетоната стронция , ацетилацетоната алюминия и ацетилацетоната европия в восстановительной атмосфере (аргон с 5% водорода). [11]
Промышленное и коммерческое применение
[ редактировать ]
Пигменты послесвечения на основе алюмината стронция продаются под многочисленными торговыми марками, такими как Core Glow, Super-LumiNova. [12] и Lumibrite , разработанный Seiko .
Многие компании дополнительно продают продукцию, содержащую смесь частиц алюмината стронция и «материала-хозяина». Благодаря практически бесконечной возможности перезарядки продукты из алюмината стронция используются во многих отраслях промышленности. Некоторые из наиболее популярных применений связаны с уличным освещением, например, вирусными велосипедными дорожками. [13]
Компании предлагают промышленный мраморный заполнитель, смешанный с алюминатом стронция, чтобы облегчить его использование в стандартных строительных процессах. Светящиеся мраморные заполнители часто вдавливаются в цемент или асфальт на заключительных 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 получения отдельно стоящих пленок из сложных оксидных материалов. [14] [15]
Безопасность
[ редактировать ]Алюминаты стронция считаются нетоксичными, биологически и химически инертными. [16]
Следует соблюдать осторожность при обращении с сыпучим порошком, который может вызвать раздражение при вдыхании или попадании на слизистые оболочки. [16]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Патент США 5 424 006 «Фосфоресцентный люминофор».
- ^ Инан Акмехмет, Гулиз; Штурм, Сашо; Комель, Матей; Самарджия, Зоран; Амброжич, Боян; Сезен, Мельтем; Чехия, Миран; Оу-Янг, Клева В. (01 ноября 2019 г.). «Происхождение длительного послесвечения в люминофорах из алюмината стронция: визуализация кластеризации редкоземельных легирующих примесей в атомном масштабе» . Керамика Интернешнл . 45 (16): 20073–20077. doi : 10.1016/j.ceramint.2019.06.271 . ISSN 0272-8842 .
- ^ Дутчак, Д.; Юстель, Т.; Ронда, К.; Мейеринк, А. (2015). «Люминесценция Eu2+ в алюминатах стронция». Физ. хим. хим. Физ . 17 (23): 15236–15249. Бибкод : 2015PCCP...1715236D . дои : 10.1039/C5CP01095K . hdl : 1874/320864 . ПМИД 25993133 . S2CID 13801803 .
- ^ Кацумата, Тору; Сасадзима, Кадзухито; Набаэ, Такэхико; Комуро, Сюдзи; Морикава, Такитаро (20 января 2005 г.). «Характеристики кристаллов алюмината стронция, используемых для производства люминофоров длительного действия». Журнал Американского керамического общества . 81 (2): 413–416. дои : 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02349.x .
- ^ Рохас-Эрнандес, Росио Эстефания; Рубио-Маркос, Фернандо; Гонсалвес, Рикардо Энрике; РОДРИГЕС, Мигель Анхель; ВЕРОН, Эммануэль; Алликс, Матье; Бессада, Кэтрин; Фернандес, Хосе Франциско (19 октября 2015 г.). «Оригинальный синтетический способ получения люминофора SrAlO методом расплавленной соли: понимание механизма реакции и усиление стойкой люминесценции». Неорганическая химия . 54 (20): 9896–9907. doi : 10.1021/acs.inorgchem.5b01656 . ПМИД 26447865 .
- ^ Мисевичюс, Мартинас; Йоргенсен, Йенс Эрик; Карейва, Айварас (2013). «Золь-гель синтез, структурные и оптические свойства алюминатов стронция, легированных церием, Sr3Al2O6 и SrAl12O19» . Материаловедение . 19 (4). дои : 10.5755/j01.ms.19.4.2670 .
- ^ Лю, Юн; Сюй, Чао-Нан (май 2003 г.). «Влияние температуры прокаливания на фотолюминесценцию и триболюминесценцию частиц алюмината стронция, легированных европием, полученных золь-гель-процессом». Журнал физической химии Б. 107 (17): 3991–3995. дои : 10.1021/jp022062c .
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 декабря 2015 г. Проверено 8 декабря 2015 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Одлер, Иван (2 сентября 2003 г.). Специальные неорганические цементы . ЦРК Пресс. ISBN 9780203302118 . Архивировано из оригинала 28 июня 2021 г. Проверено 3 марта 2016 г.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 8 декабря 2015 г. Проверено 8 декабря 2015 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Acers (Американское общество керамики, The) (14 января 2010 г.). Прогресс в нанотехнологиях . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9780470588239 . Архивировано из оригинала 28 июня 2021 г. Проверено 3 марта 2016 г.
- ^ ООО «РЦ ТРИТЕК: Швейцарский Супер-ЛюмиНова» . Архивировано из оригинала 5 июля 2018 года . Проверено 3 марта 2016 г.
- ^ Кросс, Дэниел Т. (15 апреля 2019 г.). «Велодорожка, питаемая солнцем, светится в темноте в Польше» . Времена устойчивого развития . Проверено 30 сентября 2021 г.
- ^ Биркхёльцер, Йорик А.; Костер, Гертьян (2019). «Как сделать максимально тонкие отдельно стоящие листы из перовскитных материалов» . Природа . 570 (7759): 39–40. Бибкод : 2019Natur.570...39B . дои : 10.1038/d41586-019-01710-9 . ПМИД 31168109 . S2CID 174809623 .
- ^ Лу, Ди; Бэк, Дэвид Дж.; Хон, Сын Саэ; Куркутис, Лена Ф.; Хикита, Ясуюки; Хван, Гарольд Ю. (2016). «Синтез автономных монокристаллических перовскитных пленок и гетероструктур травлением жертвенных водорастворимых слоев» . Природные материалы . 15 (12): 1255–1260. Бибкод : 2016NatMa..15.1255L . дои : 10.1038/nmat4749 . ОСТИ 1326981 . ПМИД 27618712 .
- ^ Jump up to: а б Паспорт безопасности
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2008 г. ) |