Исследование электролюминофоров
Электролюминофоры — вещества, излучающие видимый свет под действием электрического поля. Они применяются для ночного, рекламного и аварийного освещения, а также для отображения знаковой и графической информации. Самое актуальное на данное время применение источников света на основе электролюминофоров — подсветка жидкокристаллических дисплеев в мобильной электронике. Главные преимущества таких источников света: низкое энергопотребление, малый вес, ударопрочность и отсутствие ртути.
Рис. 1. Микрофотография готового электролюминофора, ZnS:Cu
Еще сравнительно недавно, когда мобильные телефоны имели черно-белые дисплеи, для их подсветки широко применялись источники света на основе электролюминофоров с зеленым, синим и оранжевым цветами свечения. Основные проблемы, которые ограничивают использование электролюминесцентных источников — это сложности с получением люминофора белого цвета свечения, необходимого для подсветки цветных дисплеев, а также недостаточно высокая яркость и стабильность свойств электролюминофоров.
Решением этой проблемы заняты сотрудники кафедры теоретических основ материаловедения СПбГТИ(ТУ).
«Улучшение характеристик электролюминофоров, в первую очередь – повышение их яркости и стабильности, требует использования сложных современных технологий. Нам приходится прибегать к использованию специальных технологий: покрытию частиц люминофоров наноразмерными пленками различных веществ (так называемому «капсулированию»); модифицированию как исходных компонентов, так и готовых люминофоров различными способами (электронным пучком, плазмой, ударной волной и т.д). Все это, безусловно, усложняет технологию производства электролюминофоров, однако значительно улучшает их характеристики», — объясняет кандидат химических наук, Вадим Владимирович Бахметьев.
Рис. 2. Микрофотография исходного вещества, ZnS
«Важной характеристикой люминофоров является их дисперсность, а именно: распределение частиц по размеру, фракционный состав и форма частиц. Получение люминофоров необходимой дисперсности требует использования исходных компонентов с определенным размером частиц. Для этого применяется предварительная обработка исходных веществ: размол и отбор необходимых фракций путем просеивания. Поэтому важно, чтобы разрешение полученной микрофотографии было достаточным для определения размера частиц и проведения исследований», — комментирует Вадим Владимирович.
Для контроля дисперсности готовых люминофоров и исходных компонентов для них сотрудники Технологического института долгое время использовали оптический микроскоп, а цифровые микрофотографии получали при помощи видеоокуляра HB-35. Фотографии имели сравнительно малое разрешение (640×480 точек), поэтому требовался другой выбор оборудования.
Для дальнейших исследований Бахметьевым Вадимом Владимировичем была выбрана видеокамера Altami USB 3150R6 1/2 CMOS и программа Altami Studio 2.0. С помощью этого оборудования получаются микрофотографии разрешений 1024×768 и 2048×1536. Видно, что при использовании максимального разрешения видеокамеры компании «Альтами» суммарное увеличение микроскопа с видеокамерой возросло в 2,7 раза по сравнению с видеоокуляром, что позволяет анализировать более мелкодисперсные порошки, чем раньше.
Практическое применение среди электролюминофоров в основном имеет цинк-сульфидный люминофор (ZnS:Cu). В отличие от обычных люминофоров, в электролюминофорах повышена концентрация меди. Для изменения свойств люминофоров (например, увеличения яркости или изменения спектра) в него вводятся соактиваторы: Mn, Ag, Pb, Sb, Ga, Al, Cl.
Электролюминофор ZnS:Cu представляет собой сульфид цинка, активированный медью. Он имеет сине-зеленый цвет свечения. (прим. автора — Электролюминофоры, представленные на фотографиях, были синтезированы аспирантом Огурцовым Константином Александровичем, который работает под руководством своего научного руководителя, кандидата химических наук, заведующего кафедрой ТОМ СПбГТИ(ТУ) Сычева Максима Максимовича).
Так как некоторые частицы крупные и иногда не хватает глубины резкости микроскопа, то для получения точной фотографии бывает полезна методика Мультифокус в программе Altami Studio. Из нескольких микрофотографий (Рис. 3,4,5,6), сделанных с разной фокусировкой микроскопа, с помощью этой методики получилась одна резкая микрофотография электролюминофора (Рис. 1).
Рис.3.
Рис.4.
Рис.5.
Рис.6.
«Далее с помощью методики Настроенный поиск контуров в программе Altami Studio мне удалось найти распределение частиц по размерам. Так как все микрофотографии делались на откалиброванной программе и содержат в себе калибровку, мы можем оценить размер частиц», — сообщает Вадим Владимирович.
Периметр средней по размеру частицы на микрофотографии готового электролюминофора ZnS:Cu составляет 23.23 мкм, а ее площадь 37.6 мкм2.
Рис. 7. Измерения по микрофотографии готового электролюминофора ZnS:Cu в программе Altami Studio
Таким же образом на кафедре теоретических основ материаловедения СПбГТИ(ТУ) были получены электролюминофоры ZnS:Cu,Mn, содержащие 0,8 массовых % и 1,2 массовых % марганца. Эти вещества обладают оранжевым цветом свечения.
Рис. 8. Микрофотография готового электролюминофора ZnS:Cu,Mn (0,8%)
Рис. 9. Измерения по микрофотографии готового электролюминофора ZnS:Cu,Mn (0,8%) в программе Altami Studio
Рис. 10. Микрофотография готового электролюминофора ZnS:Cu,Mn (1,2%)
Рис. 11. Измерения по микрофотографии готового электролюминофора ZnS:Cu,Mn (1,2%) в программе Altami Studio
Периметр средней по размеру частицы на микрофотографии готового электролюминофора ZnS:Cu,Mn (0,8%) и ZnS:Cu,Mn (1,2%) составляет 35.19 мкм и 61.12 мкм, а площадь — 80.08 мкм2 и 229.1 мкм2 соответственно.
«Из полученных микрофотографий четко видно, что образцы, активированные марганцем, имеют более крупные частицы, чем образцы, активированные медью. Объясняется это тем, что люминофоры, содержащие марганец, синтезируются при более высокой температуре и в течение более длительного времени, чем люминофоры, содержащие только медь. А чем выше температура, и чем дольше длительность синтеза, тем крупнее вырастают кристаллы люминофора. Это важно при исследовании электролюминофоров», — объясняет Вадим Владимирович Бахметьев.
Создание технологии, позволяющей повысить яркость и стабильность свойств электролюминофоров, а также разработка технологии получения электролюминофора, обладающего белым цветом свечения, являются в настоящее время основными целями исследований.
