Кіріспе

Химиялық қосылыс

Стронций алюминаты – алюминат қосылысы, химиялық формуласы: SrAl2O4 (кейде SrO*Al2O3 деп жазылады). Ол иіссіз және жанбайтын, ашық сары түсті моноклиндік кристалдық ұнтақ. Тиісті допанттармен (мысалы, европий, Eu:SrAl2O4) белсендірілгенде, ол ұзаққа созылатын фосфоресценциямен фотолюминесцентті люминофор ретінде әрекет етеді. Стронций алюминаттары басқа да құрастарда кездеседі: SrAl4O7 (моноклиндік), Sr3Al2O6 (кубтық), SrAl12O19 (алтыбұрышты) және Sr4Al14O25 (орторомбтық). Әртүрлі құрастар әртүрлі түсті жарық шығаруға себеп болады.

Тарих

Фосфоресцентті материалдар 1700 жылдары ашылған, және адамдар оларды ғасырлар бойы зерттеп, жетілдіріп келеді. 1993 жылы стронций алюминат пигменттерін әзірлеуге жоғары жарықтылығы және ұзақ фосфоресценциясы бар, әсіресе прометий қолданған қараңғыда жарқырау материалдарына жақсы балама табу қажеттілігі түрткі болды. Бұл Ясумицу Аокидің (Nemoto & Co.) мырыш сульфидінен шамамен 10 есе жарық беретін, фосфоресценциясы шамамен 10 есе ұзақ, ал құны 10 есе жоғары материалдарды ашуына әкелді. Бұл өнертабысқа Nemoto & Co., Ltd. патент алып, басқа өндірушілер мен сағат брендтеріне лицензия берді. Қазіргі уақытта стронций алюминаттары коммерциялық түрде қолжетімді ең ұзаққа созылатын және ең жарық фосфоресцентті материал болып табылады. Көптеген фосфоресценцияға негізделген қолданулар үшін стронций алюминат, мыс белсендірілген мырыш сульфидінен гөрі артықшылыққа ие, ол шамамен 10 есе жарық және 10 есе ұзақ жарқырайды. Ол жиі қараңғыда жарқырау заттарында қолданылады, онда ол көптеген адамдар ностальгиямен еске алатын, бірақ тиімділігі төмен арзан Cu:ZnS-ті ығыстырады – осы зат "қараңғыда жарқырау жұлдыздары" нақлейкаларын жарқырататын. Фосфоресценттік механизмдерді түсінудегі және молекулалық бейнелеудегі жетістіктер жаңа, заманауи стронций алюминаттарының дамуына мүмкіндік берді.

Қасиеттері

Стронций алюминаттық люминофорлар жасыл және аква реңктерді шығарады, мұнда жасыл түс ең жоғары жарықтық береді, ал аква – ең ұзаққа созылатын жарқылуды қамтамасыз етеді. Әртүрлі алюминаттарды матрица ретінде қолдануға болады. Бұл европий ионының шығарылатын толқын ұзындығына әсер етеді, оның қоршаған оттегімен коваленттік өзара әрекеттесуі және 5d орбитасының энергия деңгейлерінің кристалдық айырылуы арқылы. Стронций алюминатының қоздыру толқын ұзындығы 200-450 нм, ал эмиссия толқын ұзындығы 420-520 нм аралығында. Жасыл түстің толқын ұзындығы 520 нм, аква немесе көк-жасыл түсі 505 нм, ал көк түсі 490 нм шамасында шығарады. Стронций алюминаты ұзын (сарыдан қызылға дейін) толқын ұзындықтарында люминесценция үшін де құрастырылуы мүмкін, бірақ мұндай эмиссия көбінесе қысқа толқын ұзындықтарындағы люминесценциядан нашарлайды. Еуропий және диспрозиймен қоспаланған алюминаттар үшін ең жоғары эмиссия толқын ұзындығы 520 нм құрайды. Eu(2+), Dy(3+):SrAl2O4 өндірістік қолданыстар үшін тұрақты люминесцентті люминофор ретінде маңызды. Оны 900 °C температурада балқытылған тұзды қолдану арқылы өндіруге болады. Ең көп сипатталған түрі – стехиометриялық жасыл эмиссияны (шамамен 530 нм) беретін Eu(2+):SrAl2O4. Eu(2+), Dy(3+), B:SrAl2O4, тек европиймен қоспаланған материалға қарағанда әлдеқайда ұзақ жарқырауды көрсетеді. Eu2+ қоспасы жоғары жарқырауды көрсетеді, ал Eu3+ жарқырау мүлдем байқаылмайды. Поликристалдық Mn:SrAl12O19 плазмалық дисплейлерде жасыл люминофор ретінде қолданылады, ал празеодимий немесе неодимиймен қосылғанда жақсы белсенді лазерлік орта ретінде әрекет ете алады. Sr0.95Ce0.05Mg0.05Al11.95O19 – 305 нм толқын ұзындығында, 70% кванттық тиімділікпен эмиссия беретін люминофор. Көптеген стронций алюминаттарын золь-гель әдісімен дайындауға болады. Шығарылатын толқын ұзындығы материалдың ішкі кристалдық құрылысына байланысты. Өндіріс процесіндегі шағын өзгерістер (төмендету атмосферасының түрі, реагенттердің стехиометриясының шағын өзгерістері, көміртек немесе сирек кездесетін жер галидтерін қосу) эмиссия толқын ұзындығына елеулі әсер етуі мүмкін. Стронций алюминаттық люминофор әдетте 1250 °C шамасында күйдіріледі, бірақ жоғары температуралар да қолданылуы мүмкін. 1090 °C температурадан жоғары әсер ету оның люминесценттік қасиеттерін жоғалтуына әкелуі мүмкін. Жоғары температурада Sr3Al2O6 SrAl2O4 түріне өзгереді. Церий және марганец қоспалы стронций алюминаты (Ce,Mn:SrAl12O19) ультракүлгін сәулеленумен (253,7 нм сынап эмиссиялық сызығы, аз дәрежеде 365 нм) қоздырылғанда 515 нм толқын ұзындығында тар жолақты (22 нм енімен) люминесценцияны көрсетеді. Оны люминесцентті шамдарда, фотокөшіргіштерде және басқа да құрылғыларда люминофор ретінде қолдануға болады. Алюминийді кремниймен алмастыру эмиссия интенсивтілігін шамамен 5%-ға арттыра алады; люминофордың қажетті құрамы – Ce0.15Mn0.15:SrAl11Si0.75O19. Алайда, материалдың қаттылығы жоғары, оны өңдеуде қолданылатын жабдықтарға тозу тудырады; өндірушілер бөлшектерді пластикке қосар алдында оларды майлаушы затпен жапқанды жөн көреді. Бұл жабын люминофордың уақыт өте келе судан зақымдануын да болдырмайды. Жарқырау интенсивтілігі бөлшектердің мөлшеріне байланысты; әдетте, бөлшектер неғұрлым ірі болса, соғұрлым жақсы жарқырайды. Стронций алюминаты суда ерімейді және шамамен 8 pH-қа ие (әлсіз сілтілік).

Құрылыс материалы

Стронций алюминат цементін отқа төзімді құрылыс материалы ретінде қолдануға болады. Оны стронций оксиді немесе стронций карбонаты мен алюминийдің шамамен эквимолярлық қатынастағы қоспасын 1500 °C шамасында қыздырып, дайындауға болады. Бұл цемент 2000 °C дейінгі температурада отқа төзімді бетонға цемент ретінде, сондай-ақ сәулеленуден қорғану үшін қолданылады. Стронций алюминат цементін қолдану, шикізаттың қолжетімділігімен шектеледі. Стронций алюминаттары радиоактивті қалдықтардың бөліну өнімдерін, атап айтқанда стронций-90-ды бекітуге арналған материалдар ретінде қарастырылған. Еуропиймен қоспаланған стронций алюминат нанобөлшектері материалдардағы кернеу мен жарықтарды анықтау үшін ұсынылады, себебі олар механикалық күштерге (механолюминесценция) ұшырағанда жарық шығарады. Олар сондай-ақ механооптикалық наноқұрылғыларды жасауға да пайдалы. Бұл мақсат үшін агломерацияланбаған бөлшектер қажет, оларды дәстүрлі әдістермен дайындау қиын, бірақ стронций ацетилацетонаты, алюминий ацетилацетонаты және европий ацетилацетонаты қоспасының ультрадыбыстық спрейлік пиролизі арқылы, атмосфераны азайту жағдайында (5% сутек қосылған аргон) жасауға болады.

Өнеркәсіптік және коммерциялық қолдану

Стронций алюминатына негізделген кейіннен жарқырағыш пигменттер Core Glow, Super LumiNova және Seiko компаниясы әзірлеген Lumibrite сияқты көптеген брендтермен сатылады. Көптеген компаниялар стронций алюминат бөлшектері мен "тасымалдаушы материал" қоспасын қамтитын өнімдерді де сатады. Нерде болса сонда қайта зарядтау мүмкіндігіне ие болғандықтан, стронций алюминат өнімдері көптеген салаларда қолданылады. Ең танымал қолданылуларының бірі – көше жарықтандыру, мысалы, танымал велосипед жолы. Компаниялар стандартты құрылыс процестерінде пайдалануды жеңілдету үшін стронций алюминаты қосылған өнеркәсіптік мәрмәр қоспасын ұсынады. Жарқырағыш мәрмәр қоспалары көбінесе құрылыстың соңғы кезеңдерінде цементке немесе асфальтқа басылады. Қайта пайдалануға болатын және улы емес шамдардың баламалары қазір стронций алюминат бөлшектерін пайдалана отырып жасалуда. Кубикалық стронций алюминаты күрделі оксид материалдарының жекеленген қабықшаларын жасау үшін суға ерігіш, жойғыш қабат ретінде қолданылуы мүмкін.

Қауіпсіздік

Стронций алюминаттары зиянды емес деп есептеледі және биологиялық және химиялық тұрақты болып табылады. Ұнтақ күйінде қолданғанда сақтық қажет, себебі оны жұту немесе шырышты қабықшаларға тигізу тітіркенуге алып келуі мүмкін.