Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химиялық қосылыс
Chemical compound
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.
Strontium aluminate is an aluminate compound with the chemical formula |SrAl2O4 (sometimes written as |SrO*Al2O3). It is a pale yellow, monoclinic crystalline powder that is odourless and non flammable. When activated with a suitable dopant (e. g. europium, written as |Eu:SrAl2O4), it acts as a photoluminescent phosphor with long persistence of phosphorescence. Strontium aluminates exist in a variety of other compositions including |SrAl4O7 (monoclinic), |Sr3Al2O6 (cubic), |SrAl12O19 (hexagonal), and |Sr4Al14O25 (orthorhombic). The different compositions cause different colours of light to be emitted.
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.
Phosphorescent materials were discovered in the 1700s, and people have been studying them and making improvements over the centuries. The development of strontium aluminate pigments in 1993 was spurred on by the need to find a substitute for glow in the dark materials with high luminance and long phosphorescence, especially those that used promethium. This led to the discovery by Yasumitsu Aoki (Nemoto & Co.) of materials with luminance approximately 10 times greater than zinc sulfide and phosphorescence approximately 10 times longer, and 10 times more expensive. The invention was patented by Nemoto & Co., Ltd. and licensed to other manufacturers and watch brands. Strontium aluminates are now the longest lasting and brightest phosphorescent material commercially available. For many phosphorescence based purposes, strontium aluminate is a superior phosphor to its predecessor, copper activated zinc sulfide, being about 10 times brighter and 10 times longer glowing. It is frequently used in glow in the dark objects, where it replaces the cheaper but less efficient Cu:ZnS that many people recognize with nostalgia – this is what made 'glow in the dark stars' stickers glow. Advancements in understanding of phosphorescent mechanisms, as well as advancements in molecular imaging, have enabled the development of novel, state of the art strontium aluminates.
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).
Strontium aluminate phosphors produce green and aqua hues, where green gives the highest brightness and aqua the longest glow time. Different aluminates can be used as the host matrix. This influences the wavelength of emission of the europium ion, by its covalent interaction with surrounding oxygens, and crystal field splitting of the 5d orbital energy levels. The excitation wavelengths for strontium aluminate range from 200 to 450 nm, and the emission wavelengths range from 420 to 520 nm. The wavelength for its green formulation is 520 nm, its aqua, or blue green, version emits at 505 nm, and its blue emits at 490 nm. Strontium aluminate can be formulated to phosphoresce at longer (yellow to red) wavelengths as well, though such emission is often dimmer than that of more common phosphorescence at shorter wavelengths. For europium dysprosium doped aluminates, the peak emission wavelengths are 520 nm for |SrAl2O4, 480 nm for |SrAl4O7, and 400 nm for |SrAl12O19. |Eu(2+),Dy(3+):SrAl2O4 is important as a persistently luminescent phosphor for industrial applications. It can be produced by molten salt assisted process at 900 °C. The most described type is the stoichiometric green emitting (approx. 530 nm) |Eu(2+):SrAl2O4. |Eu(2+),Dy(3+),B:SrAl2O4 shows significantly longer afterglow than the europium only doped material. The Eu2+ dopant shows high afterglow, while Eu3+ has almost none. Polycrystalline |Mn:SrAl12O19 is used as a green phosphor for plasma displays, and when doped with praseodymium or neodymium it can act as a good active laser medium. |Sr0.95Ce0.05Mg0.05Al11.95O19 is a phosphor emitting at 305 nm, with quantum efficiency of 70%. Several strontium aluminates can be prepared by the sol gel process. The wavelengths produced depend on the internal crystal structure of the material. Slight modifications in the manufacturing process (the type of reducing atmosphere, small variations of stoichiometry of the reagents, addition of carbon or rare earth halides) can significantly influence the emission wavelengths. Strontium aluminate phosphor is usually fired at about 1250 °C, though higher temperatures are possible. Subsequent exposure to temperatures above 1090 °C is likely to cause loss of its phosphorescent properties. At higher firing temperatures, the |Sr3Al2O6 undergoes transformation to |SrAl2O4. Cerium and manganese doped strontium aluminate |(Ce,Mn:SrAl12O19) shows intense narrowband (22 nm wide) phosphorescence at 515 nm when excited by ultraviolet radiation (253.7 nm mercury emission line, to lesser degree 365 nm). It can be used as a phosphor in fluorescent lamps in photocopiers and other devices. A small amount of silicon substituting the aluminium can increase emission intensity by about 5%; the preferred composition of the phosphor is |Ce0.15Mn0.15:SrAl11Si0.75O19. However, the material has high hardness, causing abrasion to the machinery used in processing it; manufacturers frequently coat the particles with a suitable lubricant when adding them to a plastic. Coating also prevents the phosphor from water degradation over time. The glow intensity depends on the particle size; generally, the bigger the particles, the better the glow. Strontium aluminate is insoluble in water and has an approximate pH of 8 (very slightly basic).
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.
Strontium aluminate cement can be used as refractory structural material. It can be prepared by sintering of a blend of strontium oxide or strontium carbonate with alumina in a roughly equimolar ratio at about 1500 °C. It can be used as a cement for refractory concrete for temperatures up to 2000 °C as well as for radiation shielding. The use of strontium aluminate cements is limited by the availability of the raw materials. Strontium aluminates have been examined as proposed materials for immobilization of fission products of radioactive waste, namely strontium 90. Europium doped strontium aluminate nanoparticles are proposed as indicators of stress and cracks in materials, as they emit light when subjected to mechanical stress (mechanoluminescence). They are also useful for fabricating mechano optical nanodevices. Non agglomerated particles are needed for this purpose; they are difficult to prepare conventionally but can be made by ultrasonic spray pyrolysis of a mixture of strontium acetylacetonate, aluminium acetylacetonate and europium acetylacetonate in reducing atmosphere (argon with 5% of hydrogen).
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.
Strontium aluminate based afterglow pigments are marketed under numerous brand names such as Core Glow, Super LumiNova and Lumibrite, developed by Seiko. Many companies additionally sell products that contain a mix of strontium aluminate particles and a 'host material'. Due to the nearly endless ability to recharge, strontium aluminate products cross many industries. Some of the most popular uses are for street lighting, such as the viral bike path. Companies offer an industrial marble aggregate mixed with the strontium aluminate, to enable ease of using within standard construction processes. The glowing marble aggregates are often pressed into the cement or asphalt during the final stages of construction. Reusable and non toxic glow stick alternatives are now being developed using strontium aluminate particles. Cubic strontium aluminate can be used used as a water soluble sacrificial layer for the production of free standing films of complex oxide materials.
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.
Strontium aluminates are considered non toxic, and are biologically and chemically inert. Care should be used when handling loose powder, which can cause irritation if inhaled or exposed to mucous membranes.