202572. lajstromszámú szabadalom • Lumineszcens alkáliföldfém ortoszilikát, ilyen szilikáttal ellátott lumineszcens ernyő és ilyen ernyővel ellátott kisnyomású higanygőz kisülő lámpa
1 HU 202 572 B 2 A találmány tárgya ritka földfém által aktivált lumineszcens alkáliföldfém ortoszilikáL Szintén tárgyához tartozik egy olyan lumineszcens ernyő, amely átlátszó falból és ilyen ortoszilikátot tartalmazó lumineszcens rétegből áll, ill. ilyen ernyővel ellátott búrájú kisnyomású higanygőz kisülő lámpa. Az 544 160 lajstromszámú GB szabadalmi leírásból megismerhetjük, hogy hogyan alkalmazhatunk kétvegyértékű europiumot kalcium, bárium és stroncium ortoszilikátjainak aktivizátoraként. A kiválasztott alkáliföldfém vagy alkáliföldfémekből álló keverékektől függően UV gerjesztés hatására a spektrum zöld, sárga vagy kék részébe eső emisszió jön létre. A 3 260 675 lajstromszámú US szabadalom kalcium és magnézium terbiummal alkotott ortoszilikátjainak aktiválását ismerteti. UV gerjesztés hatására zöld tartományba eső vonalas emisszió megy végbe. A terbium részben vagy egészben helyettesíthető más ritka földfém aktivátorral, pl. szamáriummal vagy diszprozimmal. A 4 495 085 lajstromszámú US szabadalomból ismeretes a Ca2Si04 diszproziummal való aktiválása. A lumineszcens anyag katódsugárcsőben való használatra való, és elektronsugaras gerjesztés hatására fehér fényt bocsát ki. ACa2Si04 cériummal történő aktiválása F. A. Kröger könyvéből ismerhető meg, melynek címe „Some aspects of the luminescence of solids”, 1948. A kék lumineszcenciára való utalás a 288. oldalon lelhető fel. Jelen találmány célja az, hogy olyan jó hatásfokkal lumineszkáló anyagot állítsunk elő, amely különösen alkalmas arra, hogy germicid hatású UV megvilágítási célokra való kisnyomású higanygőz kisülő lámpában alkalmazzuk. Ilyen lámpák használatosak pl. levegő, víz és orvosi műszerek fertőtlenítésére. A találmány szerint kitűzött célunkat úgy érjük el, hogy egy lumineszcens alkáliföldfém ortoszilikátot egy ritka földfémmel aktiválunk, aholis az ortoszilikát P?+ -szál van aktiválva, és az összetétele a következő alakú: M2_3(24.i)2yPR,M,ySi04 ahol az M kalciumot és/vagy slronciumot jelent, amelyek helyetlesíthetőek 50 mol%-ig báriummal és/vagy 20 mol%-ig magnéziummal, továbbá M’ a lítium, nátrium és kálium fémek közül legalább az egyiket jelenti, valamint x-re és y-ra fennállnak a következő egyenlőtlenségek: 0,004 < x < 0,10 és 0 < y < 0,10. Céljaink alkalmazástechnikai szempontból továbbvitt megvalósítása egy olyan lumineszcens ernyő, amely átlátszó falból és lumineszcens rétegből áll, továbbá olyan kisnyomású higanygőz kisülő lámpára, amely ilyen lumineszcens ernyőt tartalmaz búrakénL Mind a lumineszcens ernyő, mind pedig a kisülő lámpa az ismertetett ritka földfém által aktivált lumineszcens alkáliföldfém ortoszilikátot tartalmazza. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy a prazeodim erőteljes sáv emissziót mutat a spektrum UV részén, ha a találmány szerinti lumineszcens szilikátokat a higany rezonencia vonalának megfelelő 254 nm-es sugárral gerjesztjük. Az M-mel jelölt Ca és Sr elemek korlátozott mennyiségben helyettesíthetőek Ba-mal (maximum 50 mol%-ban) és/vagy Mg-mal (maximum 20 mol%-ban). Nagyobb mennyiségű Ba és Mg esetén a lumineszcencia nem kielégítő. Az M’-vel jelzett Li, Na és K elemek egyvegyértékű kationokként kompenzálhatják a töltést, ha a kétvegyértékű Ca és/vagy Sr helyett háromvegyértékű Pr-t alkalmazunk. Az x prazeodim tartalom a fent megadott korlátok között választandó meg. Ha y-et kisebbre választjuk, mint 0,004, akkor olyan anyagot kapunk, amelynek a lumineszcenciája nem kielégítő, a gerjesztő sugárzás túlságosan kismérvű elnyelése folytán. 0,1-et meghaladó értékek esetén szintén túlságosan gyenge lumineszcenciát kapunk a koncentráció kiszorítása következtében. Mint azt az előzőekben megállapítottuk, az M’-vel jelölt Li, Na és K elemek y tartalmára vonatkozó alsó határt y = O-ban állapíthatjuk meg (nincs töltéskompenzáció). Valóban azt tapasztalhatjuk, hogy jó lumineszcens anyagokat kapunk töltés kompenzáció nélkül is. A töltés kompenzációs vonatkozásában az y-tartalom maximális értéke a prazeodim x tartalmának maximális értékéből következik, és azzal egyenlő. Ezért az y tartalom felső határa 0,1. A fent említett formulából az is következik, hogy a töltés kompenzáló y tartalom különbözhet a prazeodim x tartalmától a találmány szerinti lumineszcens szilikátoknál. Ezekben az esetekben is jó lumineszcens anyagokat nyerünk. A találmány szerinti lumineszcens szilikát előnyös kiviteli alakját a következő összefüggéssel jellemezhetjük 0,01 < x < 0,03 és y = x. Optimális lumineszcens anyagokat tudunk megvalósítani olyan viszonylag alacsony prazeodim koncentrációval, ahol a prazeodim és a töltés kompenzáló azonos molnyi mennyiségben van jelen. A találmánynak megfelelő lumineszcens szilikátokat kaphatunk magas hőmérsékletű szilárd fázisú redukció útján. A kiinduló anyag kompozit oxidok keveréke, vagy olyan összetevőké, amelyek melegítve ilyen oxidokat eredményeznek (pl. karbonátok). Kis eltérések (10 mol%-ig) a kiinduló keverék öszszetevőinek sztöhiometriai arányában megengedhetőek. Általánosságban némi többlet egy vagy több összetevő elemben, és/vagy folyatószer alkalmazása elősegítheti a reakciót. , A kiinduló keveréket egyszer vagy többször bizonyos időre 1200 és 1500 'C közötti hőmérsékletre melegítjük, előnyösen gyengén redukáló atmoszférában, hogy a prazeodimot három vegyértékű állapotába hozzuk, vagy abban tartsuk. A találmány szerinti lumineszcens szilikátok kiviteli alakjait, amelyek alkalmasak kisnyomású higanygőz kisülő lámpában való felhasználásra, a továbbiakban az alább ismertetett rajzokra való hivatkozás és példák segítségével ismertetjük. Az 1. ábra mutatja a találmány szerinti Pr^-szal aktivált lumineszcens ernyővel ellátott kisnyomású higanygőz kisülő lámpát hosszanti metszetben. A 2. ábra mutatja a találmány szerinti Pr^-szal aktivált szilikát kibocsátott sugárzásnak spektrális energia eloszlását 254 nm-es gerjesztő sugárzás mellett. Az 1. ábrán látható kisnyomású higanygőz kisülő lámpának van egy cső alakú, üvegből készült 1 fala. A 2 és 3 elektródák, amelyek között a működés alatti kisülés végbemegy, a lámpán belül, annak végeinél vannak elhelyezve. A lámpa kis mennyiségű higanyt, és indító gázként nemesgázt tartalmaz. Az 1 fal szolgál a lumineszcens a találmány szerinti Pr^-szal aktivált szilikátot 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
