Наноразмерные защитные покрытия на основе оксида бора для BaMgAl10O17:Eu2+ кристаллофосфоров

НАНОРАЗМЕРНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ОКСИДА БОРА ДЛЯ BaMgAl10O17:Eu2+ КРИСТАЛЛОФОСФОРОВ

,

НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. », Санкт-Петербург, /1,

Тел. [phone], е-mail *****@***ru

Разработаны новые покрытия на основе оксида бора (B2O3; B2O3-Al2O3; B2O3-xF2x), позволяющие защитить BaMgAl10O17:Eu2+ кристаллофосфоры от деградации люминесцентных  свойств в процессе термообработки.

  Кристаллофосфоры BaMgAl10O17:Eu2+ хорошо известны и широко используются в производстве различных люминесцентных приборах (люминесцентные лампы, плазменные панели и т. д.). Одним из существенных недостатков этого кристаллофосфора является деградация его люминесцентных свойств при термообработке, которая является необходимой стадией технологического процесса изготовления люминесцентных приборов. При этом механизм этого явления точно не установлен и является предметом интенсивных исследований [1]. Для предотвращения этого явления на поверхность частиц кристаллофосфора наносят различные (Al2O3; Y2O3 [2]; SiO2 [3]) наноразмерные защитные покрытия.

  В настоящей работе разработаны новые высокоэффективные наноразмерные покрытия на основе оксида бора (B2O3; B2O3-Al2O3; B2O3-xF2x), позволяющие защитить BaMgAl10O17:Eu2+ кристаллофосфоры от деградации люминесцентных  свойств в процессе термообработки. Для получения этих покрытий использовались водно-спиртовые растворы борной кислоты (в некоторых случаях с добавками нитрата алюминия или фторида аммония). Покрытия наносились путем погружения порошкообразного кристаллофосфора в раствор с последующим извлечением порошка и сушки. Термообработка покрытия, сопровождающаяся разложением исходных компонентов, происходила во время стадии термообработки при изготовлении люминесцентных приборов. Оптимальная толщина формируемых покрытий составляла 10-15 нм.

  На рис.1 приведены электронно-микроскопические снимки частиц BaMgAl10O17:Eu2+ кристаллофосфора без покрытия (рис.1а) и с B2O3 покрытием (рис.1б). Из рисунка

Рис.1 Электронно-микроскопические снимки частиц BaMgAl10O17:Eu2+ кристаллофосфора без покрытия (рис.1а) и с B2O3 покрытием (рис.1б)

видно, что В2О3 покрытие имеет малую (10-15 нм) толщину и практически не изменяет морфологию частиц кристаллофосфора.

  Результаты измерений интенсивности фотолюминесценции при возбуждении излучением с длинами волн лex=174 и лex=254 нм показали высокую эффективность защитного действия разработанных покрытий. Так, например, увеличение интенсивности люминесценции на длине волны л=450 нм (при лex=174 нм) при применении новых покрытий составило более 60%.

  Применение новых покрытий не изменяло форму спектра люминесценции. На рис.2 приведены спектры люминесценции + исходного и термообработанного BaMgAl10O17:Eu2 кристаллофосфоров и кристаллофосфора с различными покрытиями. Во всех спектрах наблюдается широкий интенсивный пик с максимум 450 нм, связанный с переходом 5d-4f иона Eu2+. Сравнение кривых 1 и 2 иллюстрирует деградацию люминесцентных свойств BaMgAl10O17:Eu2 кристаллофосфора в процессе термообработки. Нанесение защитных В2О3 (B2O3-Al2O3; B2O3-xF2x) позволяет значительно снизить этот негативный эффект.

  Сравнение кривых 3 и 4 (рис.2) показывает важность оптимизации толщины защитного покрытия. Слишком толстое (50 нм) покрытие понижает интенсивность люминесценции кристаллофосфора.

  Исследования методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии показали, что применение новых покрытий обеспечивает сохранение при термообработке существенно более высоких значений соотношения концентраций [Eu2+]/[Eu3+], что и обеспечивает увеличение интенсивности люминесценции. В табл.1 приведены соотношения относительных интенсивностей сигналов ионов Eu3+ и Eu2+ в частицах кристаллофосфора без покрытия и с покрытием.

Табл.1 Соотношения относительных интенсивностей сигналов ионов Eu3+ и Eu2+ в частицах кристаллофосфора без покрытия и с покрытием

Образец	IEu3+ / IEu2+
Исходный кристаллофосфор без покрытия	0.47
Кристаллофосфор без покрытия, термообработанный при 560oC в течение 45 мин.	0.30
Кристаллофосфор с B2O3 покрытием, термообработанный при 560oC в течение 45 мин.	0.34

  Литература

Kim K. B., Koo K. W., Cho T. Y., Chun H. G. Effect of heat treatment on photoluminescence behavior of BaMgAl10O17:Eu phosphors.- Materials Chemistry and Physics, 2003, v.80, N3, p.682-689. Ronda C. R. Recent achievements in research on phosphors for lamps and displays.- Journal of Luminescence, 1997, v.72-74, p.49-54. Simopoulos N. T., Simopoulos G. N. US Patent 4855189 (1989.08.08).