Методика синтеза люминофоров

Технология синтеза электролюминофоров включает в себя следующие стадии:

• 1) приготовление шихты;
• 2) прокаливание шихты;
• 3) разбраковка люминофора;
• 4) низкотемпературный отжиг люминофора;
• 5) отмывка люминофора от поверхностного слоя сульфида меди;
• 6) сушка и просев люминофора.

Приготовление шихты:

Шихта для синтеза электролюминофоров состояла из сульфида цинка, веществ, содержащих легирующие примеси — медь и алюминий, а также плавней, необходимых для создания минерализующей атмосферы. В качестве плавней использовались сера и бромид аммония. Количества серы, меди и алюминия, вводимые в шихту, в разных экспериментах были различными. Содержание этих веществ в каждом конкретном образце указано в экспериментальной части в главах 3…5. Все исходные компоненты шихты размалывались и просеивались через сито с размером ячеек 0,04 мм, после чего навески исходных веществ в необходимом соотношении смешивались на валках в течении 3 ч.

Прокаливание шихты:

После перемешивания готовую шихту засыпали в кварцевый тигель примерно до половины объема, утрамбовывали, после чего закрывали углеграфитовой тканью и промежуточной кварцевой крышкой. Поверх промежуточной крышки для создания восстановительной атмосферы засыпался активированный уголь БАУ, после чего тигель закрывался внешней крышкой. В некоторых случаях синтез образцов проводился в открытом тигле, о чем отдельно сказано в главе 3. Тигель помещали в муфельную печь и прокаливали шихту в течение 1,5 часов при различной температуре. После прокаливания люминофор охлаждался до комнатной температуры вместе с печью.

Разбраковка люминофора:

После охлаждения до комнатной температуры из тигля удаляли уголь, промежуточную крышку и углеграфитовую ткань. Люминофор высыпали в чашку Петри и при облучении ультрафиолетовой лампой удаляли несветящиеся примеси. Очищенный таким образом люминофор размалывали и просеивали через сито.

Низкотемпературный отжиг люминофора:

Для дополнительного распада образовавшегося при синтезе пересыщенного твердого раствора меди в сульфиде цинка и образования гетеропереходов ZnS-Cu_XS, являющихся источниками электронов при возбуждении люминесценции переменным электрическим полем, проводился низкотемпературный отжиг электролюминофора. Для этого очищенный и просеянный люминофор загружали в фарфоровые чашки и распределяли его равномерным слоем. Чашки с люминофором помещали в муфельную печь и отжигали при температуре 650 С. Длительность отжига различных образцов различалась. После отжига люминофор остывал до комнатной температуры вместе с печью. Остывший отожженный люминофор размалывали и просеивали через сито.

Отмывка люминофора от поверхностного слоя сульфида меди:

В процессе низкотемпературного отжига избыточный сульфид меди выделяется на поверхности частиц люминофора. За счет шунтирующего действия и поглощения света, излучаемого электролюминофором, поверхностный слой Cu_XS снижает яркость свечения и пробивное напряжение источника. Чтобы повысить яркость свечения и пробивное напряжение, после отжига проводится отмывка электролюминофора от поверхностного слоя Cu_XS. Отмывка проводилась аммиачным способом, описанным в [7, 12]. Для отмывки люминофора готовили раствор, состоящий из компонентов (NH₄)₂CO₃, NH₄OH, (NH₄)₂S₂O₈ и бидистиллированной воды. После окончания отмывки суспензию отстаивали, промывочный раствор декантировали, люминофор заливали бидистиллированной водой и тщательно перемешивали. Полученную суспензию выливали на воронку Бюхнера, заправленную фильтрами, отсасывали раствор и промывали люминофор до исчезновения щелочной реакции, что контролировалось с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Сушка люминофора:

Отмытый люминофор загружали в чашку Петри и сушили в течение двух часов при температуре 120 С. Высушенный люминофор просеивали через сито с размером ячеек 0,04 мм. Готовый люминофор помещали для хранения в полиэтиленовые емкости, которые хранили в эксикаторе.

При изготовлении источников света на основе порошковых электролюминофоров важную роль играют поверхностные свойства. Активные центры поверхности частиц являются решающим фактором взаимодействия на поверхности раздела фаз между люминофором и связующим и, следовательно, структурообразования в полимерном композиционном материале.

С другой стороны, поверхностные свойства во многом определяют электрофизические процессы, протекающие в зерне люминофора, включая перенос заряда и люминесценцию. Донорно-акцепторные активные центры на поверхности частиц электролюминофора могут являться центрами безизлучательной рекомбинации электронов и дырок, снижая тем самым выход электролюминесценции.

Поверхностные свойства исходного сульфида цинка могут влиять на процессы активации люминофора при его синтезе и образование гетеропереходов при распаде твердого раствора ZnS-Cu_XS в процессе остывания и отжига синтезированного электролюминофора. Кроме того, поверхностные свойства ZnS могут служить критерием, определяющим его пригодность для синтеза электролюминофора.

Исходя из всего вышесказанного можно утверждать, что качественная идентификация и количественная оценка содержания активных центров поверхности твёрдых фаз важны с точки зрения возможности прогнозирования свойств электролюминофоров.