×
29.05.2018
218.016.59b6

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА НА ОСНОВЕ ГУБЧАТОГО НАНОПОРИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении эффективных люминофоров для элементов нано-оптоэлектроники и источников света в видимом диапазоне. Алюминий анодируют в растворе 0,9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле при постоянном напряжении в диапазоне 75 - 400 В с поддержанием постоянной температуры 1°С. В качестве анода используют пластинку алюминия технической чистоты, в качестве катода – нержавеющую сталь. Полученный губчатый нанопористый оксид алюминия люминесцирует при дневном освещении, его свечение воспринимается невооруженным глазом. Способ прост и не требует использования материалов высокой чистоты. 5 ил., 2 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электрохимической технологии получения соединений алюминия, а именно к технологии получения губчатого нанопористого оксида алюминия в виде оксидной пленки анодированием, и может быть использовано при разработке эффективных люминофоров для новых источников света в видимом диапазоне, а также при создании элементов нано-оптоэлектроники.

Оксид алюминия является перспективным материалом для целей оптоэлектроники благодаря уникальным физико-химическим свойствам. Оптические свойства анодированного оксида алюминия (АОА) зависят от структурных (концентрация собственных и примесных дефектов, фазовый состав и др.) и геометрических параметров (форма, упорядочение и размер пор, расстояние между ними), которые можно варьировать, подбирая условия анодирования (Получение и исследования наноструктур: Лабораторный практикум по нанотехнологиям / Под ред. А.С. Сигова, М.: МИРЭА, 2008. - 116 с.).

Известен метод получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой (Патент RU 2555366 C2, МПК C01F 7/42, В82В 3/00, C25D 11/10, C25D 11/12, опубл. 10.07.15), включающий механическую и/или электрохимическую полировку поверхности алюминия с последующим анодным окислением в водных или водно-спиртовых растворах щавелевой Н2С2О4, фосфорной Н3РО4, серной H2SO4, янтарной C4H6O4, лимонной C6H8O7 кислот с концентрацией от 0.05 до 0.5 моль/литр при температуре от -20÷10°С и напряжении в диапазоне от 5 до 250 В для формирования оксидной пленки в один или два этапа в случае использования металла с гладкой поверхностью. Недостатком данного способа является необходимость использования высокочистого монокристаллического алюминия и проведения дополнительного травления пленки анодного оксида в растворе кислоты или двухэтапного окисления, что усложняет и удорожает процесс. Также отсутствуют данные о люминесценции.

Известен способ получения анодного оксида алюминия в водном растворе 0.4% HF + 4% H2C2O4 (Dhahri S. Porous aluminum room temperature anodizing process in a fluorinated-oxalic acid solution. / S. Dhahri, E. Fazio, F. Barreca, F. Neri, H. Ezzouia // Applied Physics A: Materials Science and processing. - 2016. - №122), заключающийся в напылении алюминия высокой чистоты на поверхность стали, стекла или алюминиевого сплава, который затем последовательно дважды анодируют в течение 15 мин при токе 50 мА и 150 мА, стравливая оксидный слой после первого анодирования в растворе кислот. В данном методе присутствуют такие недостатки, как необходимость напыления высокочистого алюминия на подложку перед анодированием, а также в процессе синтеза губчатая структура образуется только в случае анодирования на подложке из нержавеющей стали. Отсутствуют данные о люминесценции.

Люминофоры на основе нанопористого Al2O3 можно получить анодированием алюминия высокой чистоты в растворах 3 вес. % серной, щавелевой или фосфорной кислот (Gopal Khan, G. Structure dependent photoluminescence of nanoporous amorphous anodic aluminium oxide membranes: Role of F+ center defects / G. Gopal Khan, A.K. Singh, K. Mandal // Journal of Luminescence. - 2013. - №134) в два этапа при 200 А/м2 в течение 30 мин и 2-6 ч соответственно, проведя перед началом отжиг при 400°С в течение 4 ч и электрополировку, а также стравливая оксидный слой после первого анодирования в растворе кислот. Недостатком данного способа является необходимость использования специального оборудования для возбуждения и регистрации люминесценции. Кроме этого необходимы высокочистый алюминий (99.99%) и сложная предварительная обработка поверхности.

Известен способ получения губчатого нанопористого ("sponge-like nano-porous") Al2O3, применяемого для повышения теплопроводности (Zhang, В.J. Enhanced heat transfer performance of alumina sponge-like nano-porous structures through surface wettability control in nucleate pool boiling / B.J. Zhang, K.J. Kim, H. Yoon // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2012. - №55), заключающийся в анодном окислении алюминиевого сплава в электролите 0.3 моль/л ортофосфорной кислоты при 140 В и 5°С, проходящем в два этапа с длительностью второго шага в 2 ч, перед которым поверхность предварительно очищают и полируют электрохимически, а в промежутке между анодированиями и после них оксидный слой подвергают травлению в растворе кислоты. Для этого метода не представлено данных о люминесцентных свойствах материала. Также недостатком такого процесса является то, что для его реализации необходимо использование сплава А1 6061 (аналог АД33), что удорожает технологию.

Наиболее близким к заявляемому является метод синтеза люминофора на основе нанопористого оксида алюминия (Nourmohammadi, А. Photoluminescence emission of nanoporous anodic aluminum oxide films prepared in phosphori cacid / A. Nourmohammadi, S.J. Asadabadi, M.H. Yousefi, M. Ghasemzadeh // Nanoscale Research Letters. - 2012. - №1) двухстадийным анодированием алюминия в растворе ортофосфорной кислоты при постоянных значениях температуры 1°С, напряжения 100-130 В и длительности процесса 20 ч на каждом из этапов, где алюминиевая фольга предварительно подвергается химической обработке в смеси кислот, отжигают и электрохимически полируют, а по завершении всего процесса подложку из алюминия растворяют в растворе HgCl2. Недостатками данного метода являются: высокие временные и материальные затраты, которые связаны с необходимостью использования высокочистого алюминия (99.997% Al), с предварительной обработкой поверхности и с большой длительностью двухстадийного процесса анодирования, а также недостаточная интенсивность свечения синтезированного люминофора, которую можно регистрировать только с использованием специализированного спектрометрического оборудования и при возбуждении ультрафиолетовым излучением.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является отсутствие способа получения люминофора на основе губчатого нанопористого Al2O3 со свечением, воспринимаемым невооруженным человеческим глазом при дневном освещении.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является получение нового люминофора на основе губчатого нанопористого Al2O3 со свечением, воспринимаемым невооруженным человеческим глазом при дневном освещении.

Заявляемый способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия включает анодирование алюминия.

От прототипа способ отличается тем, что в качестве электролита используется раствор 0.9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты (HF) в этиленгликоле при постоянном напряжении в диапазоне 75 - 400 В.

Сущность изобретения поясняется фигурами, на которых изображено:

- на фиг. 1 - изображение поверхности губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворе 0.9 моль/л HF при напряжении 150 В;

- на фиг. 2 - изображение скола губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворе 0.9 моль/л HF при напряжении 150 В;

- на фиг. 3 - нормированные спектры свечения губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворах с разной концентрацией HF при напряжении 150 В;

- на фиг. 4 - нормированные спектры свечения губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворе 0.9 моль/л HF при разных напряжениях;

- на фиг. 5 - сравнение спектра свечения губчатого нанопористого Al2O3, полученного в растворе 6.2 моль/л HF при напряжении 150 В с известным люминесцентным аналогом.

Процесс получения губчатого нанопористого оксида алюминия проходит в типовой двухэлектродной электрохимической ячейке с термостатированием. Поддержание постоянной температуры позволяет исключить возрастание величины тока анодирования, что могло бы привести к неконтролируемому росту скорости протекания реакции и процесса травления. В качестве анода используют пластинку алюминия технической чистоты (сплав А5). В качестве катода применяют нержавеющую сталь. Перед началом процесса анодирования заливают электролит. На протяжении всего процесса синтеза между катодом и анодом устанавливают заданное напряжение и поддерживают постоянную температуру электролита. С увеличением длительности процесса, а также при повышении значений напряжения, температуры и концентрации фтороводородной кислоты растет толщина итогового оксидного слоя и, соответственно, интенсивность фотолюминесценции.

Анализ снимков, полученных с помощью электронного микроскопа Sigma VP Carl Zeiss, показал, что оксид алюминия образуется в виде анодного оксидного слоя с губчатой структурой, возникающего на поверхности алюминия (Фиг. 1). Этот слой Al2O3 имеет неупорядоченную структуру с порами диаметром до 300 нм и направленностью роста вглубь алюминия (Фиг. 2). Отсутствие периодичности в расположении пор получаемого оксида и их сложный разветвленный характер возникает вследствие использования фтороводородной кислоты. С помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре PANalytical Pro установлено, что полученный в результате синтеза оксид алюминия является аморфным. При помощи спектрометра Perkin Elmer LS 55 зарегистрирована полоса фотолюминесценции в области 370 - 600 нм, определенная по уровню 0.1 от максимальной интенсивности, при возбуждении в полосе 277 нм.

Способ получения люминофора на основе губчатого оксида алюминия иллюстрируется следующими примерами выполнения.

Пример 1. В электрохимическую ванну заливают раствор 0.9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле и термостатируют при 1°С. Между катодом и анодом устанавливают постоянное напряжение 150 В. Продолжительность процесса синтеза составляет 2 ч. За это время на поверхности алюминия формируется слой губчатого Al2O3 с аморфной структурой.

Пример 2 проведен аналогично примеру 1 с изменением ряда характеристик способа. В электрохимическую ванну заливают раствор 0.9 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле и поддерживают температуру 1°С. Между катодом и анодом устанавливают постоянное напряжение 75 - 400 В.

Нормированные спектры фотолюминесценции полученных в Примере 1 и 2 образцов приведены на Фиг. 3 и 4, соответственно. Анодирование в электролите с указанными концентрациями при постоянном напряжении в заявленном диапазоне позволяет получить люминофор с широкой полосой свечения, при этом возможно варьировать ее интенсивность в пределах 0.2-1.8 от среднего значения и положение максимума в диапазоне 440 - 480 нм.

На Фиг. 5 приведены спектры свечения губчатого нанопористого оксида алюминия и АОА, полученного в электролите щавелевой кислоты при известных условиях (Li, Z. Blue luminescence in porous anodic alumina films / Z. Li, K. Huang // J. Phys.: Condens. Matter. - 2007. - №19). Предложенный люминофор в спектральной области 370 - 600 нм имеет интегральную интенсивность свечения, которая больше в ≈130 раз по сравнению с известными аналогами на основе нанопористого оксида алюминия.

Таким образом, достигается заявленный технический результат - получение нового люминофора на основе губчатого нанопористого Al2O3. Дополнительное преимущество заключается в том, что регистрируемое свечение видно невооруженным глазом при дневном освещении, а при получении используется более дешевый алюминий технической чистоты.

Способ получения люминофора на основе губчатого нанопористого оксида алюминия путем анодирования алюминия с поддержанием постоянной температуры, отличающийся тем, что в качестве электролита используется раствор 0,9 - 10 моль/л фтороводородной кислоты в этиленгликоле и процесс ведут при постоянном напряжении в диапазоне 75 - 400 В.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА НА ОСНОВЕ ГУБЧАТОГО НАНОПОРИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА НА ОСНОВЕ ГУБЧАТОГО НАНОПОРИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА НА ОСНОВЕ ГУБЧАТОГО НАНОПОРИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА НА ОСНОВЕ ГУБЧАТОГО НАНОПОРИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 207.
20.08.2016
№216.015.4acb

Способ удаления мелких частиц из крупнозернистого слоя сыпучих материалов

Изобретение относится к области разделения компонентов дисперсной сыпучей среды, различающихся размером, и может быть использовано в сельском хозяйстве для удаления посторонних примесей при очистке сельскохозяйственных зерновых культур (пшеница, рожь, ячмень и др.) от мелкодисперсной среды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594494
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4e31

Реактор для аэробной ферментации биомассы

Изобретение используется в сельском и лесном хозяйстве. Цилиндрический термостатированный корпус реактора установлен вертикально и содержит трубу загрузочного устройства, соединенную через подшипниковые узлы с кольцевой пустотелой трубой мешалки, на выходе которой подключена гребенка с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595143
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4e4e

Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор"

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, например, в печи Ванюкова. Система дополнительно снабжена корректирующим регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь по температуре в котле-утилизаторе, датчиком температуры котла-утилизатора, установленным на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595188
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4f6a

Способ упрочнения поверхности деталей обработкой трением с перемешиванием вращающимся инструментом

Изобретение относится к упрочнению плоских поверхностей заготовок. Осуществляют перемещение вращающегося упрочняющего инструмента по всей поверхности механически обработанной заготовки с установленными нагрузкой и скоростью по заданной траектории. Используют упрочняющий инструмент с рабочим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595191
Дата охранного документа: 20.08.2016
10.08.2016
№216.015.548e

Способ улучшения энергетического разрешения сцинтилляционного гамма-спектрометра

Изобретение относится к гамма-спектрометрам с неорганическими сцинтилляторами, имеющими зависимость световыхода от энергии образованных в них гамма-квантами вторичных электронов. Способ улучшения энергетического разрешения сцинтилляционного гамма-спектрометра включает преобразование с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593617
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.5571

Способ получения извести

Изобретение относится к технологиям производства извести различного назначения, включая производство строительных материалов, и рекомендуется для предприятий мощностью от 10 до 300 тыс т в год. Технический результат заключается в повышении химической активности, улучшении технических и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593396
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5d60

Валковый пресс для брикетирования

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано в оборудовании для брикетирования. Валковый пресс содержит станину, на которой размещены с возможностью вращения от привода валки. Валки выполнены с рядом формующих ячеек в форме плоского овала, последовательно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590435
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5e53

Брикет для легирования алюминиевого сплава

Изобретение относится к брикетам для легирования при выплавке алюминиевых сплавов. Брикет содержит стружку сплава алюминия с медью и частицы меди в количестве 20-40 мас.% от общей массы брикета. Частицы меди могут быть использованы в виде стружки. Обеспечивается погружение брикета в расплав при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590441
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5fd3

Способ обработки металлов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. Способ включает формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590437
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.669c

Волновая электростанция

Изобретение предназначено для выработки электрической энергии от движения волн в морях и океанах. Волновая электростанция содержит платформу на понтонах с размещенными на ней электрическим генератором и штангой с шестерней. На платформе с помощью стоек размещено дугообразное зубчатое коромысло....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592094
Дата охранного документа: 20.07.2016
Показаны записи 1-4 из 4.
25.08.2017
№217.015.9c98

Способ лечения острых бактериальных послеоперационных эндофтальмитов

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и предназначено для лечения острых бактериальных послеоперационных эндофтальмитов. Способ включает удаление содержимого витреальной полости путем субтотальной витрэктомии с одномоментной заменой стекловидного тела на раствор BSS,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610408
Дата охранного документа: 09.02.2017
25.08.2017
№217.015.c14a

Способ получения нитевидного нитрида алюминия

Изобретение относится к химической технологии получения нитевидных нанокристаллов нитрида алюминия (или нановискеров) и может быть использовано при создании элементов нано- и оптоэлектроники, а также люминесцентно-активных наноразмерных сенсоров медико-биологического профиля. Сущность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617495
Дата охранного документа: 25.04.2017
12.04.2023
№223.018.4450

Способ получения субмикронных кристаллов нитрида алюминия

Изобретение относится к химической технологии субмикронных кристаллов нитрида алюминия в форме гексагональных призм и комбинации гексагональной призмы с дипирамидой и пинакоидом, которое может быть использовано при создании элементов нано-, микро- и оптоэлектроники, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002738328
Дата охранного документа: 11.12.2020
12.04.2023
№223.018.4478

Способ получения фотокатализатора на основе нанотубулярного диоксида титана

Изобретение относится к технологии получения нанотубулярного диоксида титана (TiO-НТ) с повышенной фотокаталитической активностью анодированием. Способ получения фотокатализатора на основе нанотубулярного диоксида титана включает процесс анодирования титана во фторсодержащем растворе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002732130
Дата охранного документа: 11.09.2020
+ добавить свой РИД