RU2750694C1 - Method for production of an inorganic temperature indicator - Google Patents
Method for production of an inorganic temperature indicator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750694C1 RU2750694C1 RU2020129974A RU2020129974A RU2750694C1 RU 2750694 C1 RU2750694 C1 RU 2750694C1 RU 2020129974 A RU2020129974 A RU 2020129974A RU 2020129974 A RU2020129974 A RU 2020129974A RU 2750694 C1 RU2750694 C1 RU 2750694C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cerium
- phosphate solution
- distilled water
- terbium
- xerogel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
- C01B25/26—Phosphates
- C01B25/265—General methods for obtaining phosphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/10—Preparation or treatment, e.g. separation or purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/20—Compounds containing only rare earth metals as the metal element
- C01F17/206—Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion
- C01F17/241—Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion containing two or more rare earth metals, e.g. NdPrO3 or LaNdPrO3
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7715—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing cerium
- C09K11/7723—Phosphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7743—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing terbium
- C09K11/7752—Phosphates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/20—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using thermoluminescent materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способу получения необратимого индикатора температуры на основе аморфного ортофосфата церия(IV), и может быть использовано для визуального контроля перегрева деталей или оборудования в различных технологических процессах.The invention relates to the field of inorganic chemistry, namely to a method for producing an irreversible temperature indicator based on amorphous cerium (IV) orthophosphate, and can be used for visual monitoring of overheating of parts or equipment in various technological processes.
Термоиндикаторы являются одним из востребованных средств регистрации температуры. К термоиндикаторам в первую очередь относятся термохимические композиции, изменяющие свой цвет при температуре перехода, материалы, плавящиеся при определенной температуре и люминофоры, яркость или цвет свечения которых зависит от температуры [А.П. Леонов, В.А. Болгова. Вестник евразийской науки, 2014, с. 1-8]. Термоиндикаторы предназначены как для разового использования, если процесс изменения внешних параметров является необратимым, так и многоразового. Сферы применения термоиндикаторов крайне разнообразны: обеспечение безопасности на производстве и в быту, производственный мониторинг температурных режимов работы оборудования; реализация проверки перегрева в период гарантийного срока; проверка температуры авиационных систем, измерение температуры деталей оборудования с затрудненным доступом и т.д. В связи с широким спектром применения востребованы индикаторы с различным рабочим диапазоном измеряемых критических температур, вплоть до 1500°С [Е.А. Коленко. Технология лабораторного эксперимента: Справочник. СПб.: Политехника, 1994, 69]. Например, известен термохромный индикатор перегрева ствола оружия [US 10352641], способного разогреваться до 430°С при высокой скорости стрельбы. Известен порошковый термоиндикатор [RU 2343434], предназначенный для определения температуры нагрева металлов и сплавов, подвергающихся общему или местному нагреву, воспламеняющийся при 350°С. Однако большинство термоиндикаторов, в том числе люминесцентных, содержат органический компонент и работают при температурах, не превышающих 200°С [RU 2290648, RU 2443707, RU 2551373, RU 782366]. Для областей производства, где необходимы индикаторы высоких температур перегрева, целесообразно использовать полностью неорганические композиции. Перспективными соединениями для этого являются люминофоры на основе фосфатов редкоземельных элементов (РЗЭ). В качестве сигнала термоиндикатора на их основе можно использовать температуру, при которой возникают или исчезают люминесцентные свойства.Thermal indicators are one of the most popular means of recording temperature. Thermal indicators primarily include thermochemical compositions that change their color at the transition temperature, materials that melt at a certain temperature and phosphors, the brightness or color of the glow of which depends on the temperature [A.P. Leonov, V.A. Bolgov. Bulletin of Eurasian Science, 2014, p. 1-8]. Thermal indicators are intended for both single use, if the process of changing external parameters is irreversible, and reusable. The areas of application of thermal indicators are extremely diverse: ensuring safety at work and in everyday life, industrial monitoring of the temperature regimes of equipment operation; overheating verification during the warranty period; checking the temperature of aircraft systems, measuring the temperature of equipment parts with difficult access, etc. Due to the wide range of applications, indicators with a different operating range of measured critical temperatures, up to 1500 ° C [E.A. Kolenko. Laboratory experiment technology: Handbook. SPb .: Polytechnic, 1994, 69]. For example, known thermochromic indicator of overheating of the barrel of a weapon [US 10352641], capable of heating up to 430 ° C at a high rate of fire. Known powder thermal indicator [RU 2343434], designed to determine the heating temperature of metals and alloys exposed to general or local heating, igniting at 350 ° C. However, most thermal indicators, including luminescent ones, contain an organic component and operate at temperatures not exceeding 200 ° C [RU 2290648, RU 2443707, RU 2551373, RU 782366]. For areas of production where indicators of high overheating temperatures are required, it is advisable to use completely inorganic compositions. Luminophores based on phosphates of rare earth elements (REE) are promising compounds for this. The temperature at which the luminescent properties appear or disappear can be used as a thermal indicator signal based on them.
Известен люминофор на основе смешанного фосфата лантана-церия-тербия состава LaxCeyTb1-x-yPO4, где х находится в диапазоне от 0.4 до 0.6, а х+у больше 0.8, проявляющий люминесцентные свойства свыше 500°С [US 5562889]. В качестве одного из примеров реализации изобретения указан способ получения люминофора, включающий в себя смешение растворов нитратов трехвалентных РЗЭ с раствором фосфата аммония, нагретым до 80°С. Смесь перемешивают в течение 4 ч при рН=2, затем осадок промывают и подвергают отжигу при 700°С в течение 8 ч.Known phosphor based on mixed phosphate of lanthanum-cerium-terbium composition La x Ce y Tb 1-xy PO 4 , where x is in the range from 0.4 to 0.6, and x + y is greater than 0.8, exhibiting luminescent properties above 500 ° C [US 5562889 ]. As one of the examples of implementation of the invention, a method for producing a phosphor is indicated, including mixing solutions of trivalent REE nitrates with an ammonium phosphate solution heated to 80 ° C. The mixture was stirred for 4 h at pH = 2, then the precipitate was washed and annealed at 700 ° C for 8 h.
Недостатком способа является длительность процессов перемешивания суспензии и отжига.The disadvantage of this method is the duration of the processes of mixing the suspension and annealing.
Схожий способ представлен в патенте FR2931143. В частности, для получения люминесцентного смешанного фосфата лантана-церия-тербия состава La0.56Ce0.3Tb0.14PO4 готовят раствор смеси нитратов лантана, церия и тербия и добавляют к раствору фосфорной кислоты при 60°С при рН=1.6. После осаждения реакционную среду выдерживают в течение 15 минут при 60°С. Затем осадок промывают водой, сушат на воздухе и прокаливают при 850°С.A similar method is presented in patent FR2931143. In particular, to obtain a luminescent mixed lanthanum-cerium-terbium phosphate of the composition La 0.56 Ce 0.3 Tb 0.14 PO 4 , a solution of a mixture of lanthanum, cerium, and terbium nitrates is prepared and added to a phosphoric acid solution at 60 ° C at pH = 1.6. After precipitation, the reaction medium is kept for 15 minutes at 60 ° C. Then the precipitate is washed with water, dried in air and calcined at 850 ° C.
Известен способ получения [US 8419974] люминесцентного нанокристаллического редкоземельного фосфата, включающий смешение в водной среде источника фосфат-анионов, по меньшей мере одной водорастворимой соли РЗЭ (La, Lu, Gd) и, по меньшей мере, одной водорастворимой соли активирующего элемента (Pr, Nd, Eu, Се, Tb, Bi или Pb) с последующим отжигом осадка при температурах 300-400°С в течение 1-10 ч.A known method of obtaining [US 8419974] luminescent nanocrystalline rare earth phosphate, including mixing in an aqueous medium of a source of phosphate anions, at least one water-soluble salt of REE (La, Lu, Gd) and at least one water-soluble salt of the activating element (Pr, Nd, Eu, Ce, Tb, Bi or Pb) with subsequent annealing of the deposit at temperatures of 300-400 ° C for 1-10 h.
Недостатком предложенного способа является относительно невысокая температура появления люминесцентных свойств.The disadvantage of the proposed method is the relatively low temperature of the appearance of luminescent properties.
Общим недостатком вышеописанных способов получения люминофоров является использование трех и более редкоземельных элементов, что удорожает технологию производства.A common disadvantage of the above methods for producing phosphors is the use of three or more rare earth elements, which increases the cost of the production technology.
Известно, что ортофосфат церия(III) со структурой монацита, допированный различными катионами (например, тербием или марганцем, европием и др.), обладает люминесцентными свойствами [С. Lv, W. Di, Z. Liu, et al. Analyst, 2014, 139(18), 4547-4555; Y. Ding, L.-B. Liang, M. Li et al. Nanoscale Res. Lett., 2011, 6(1), 119; G. Li, K. Chao, H. Peng, et al. J. Phys. Chem. C., 2008, 112(42), 16452-16456]. В ряде работ допированный CePO4 предлагают использовать в качестве индикатора, где в качестве аналитического сигнала будет возникновение или, наоборот, исчезновение люминесцентных свойств. Это явление основано на обратимом переходе Ce(III)/Ce(IV) в зависимости от окружающей атмосферы - является она окислительной или восстановительной. В частности, окисление Се(III) до Ce(IV) служит основным фактором гашения эмиссии Tb в CePO4 : Tb, а восстановление Ce(IV) до Се(III) приводит к возвращению люминесцентных свойств [W. Di, X. Wang, X. Ren. Nanotechnology, 2010, 21(7), 075709; Q. Li and V.W.W. Yam. Angew. Chemie - Int. Ed., 2007, 46(19), 3486-3489]. Однако этот эффект основан на действии атмосферы, а не температуры. В то же время, при температурном воздействии возможен необратимый переход Ce(IV) - Се(III), который происходит, например, при отжиге кислых ортофосфатов церия(IV) при температурах около 700°С [V. Brandel, N. Clavier, and N. Dacheux. J. Solid State Chem., 2005, 178(4), 1054-1063]It is known that cerium (III) orthophosphate with a monazite structure, doped with various cations (for example, terbium or manganese, europium, etc.), has luminescent properties [S. Lv, W. Di, Z. Liu, et al. Analyst, 2014, 139 (18), 4547-4555; Y. Ding, L.-B. Liang, M. Li et al. Nanoscale Res. Lett., 2011, 6 (1), 119; G. Li, K. Chao, H. Peng, et al. J. Phys. Chem. C., 2008, 112 (42), 16452-16456]. In a number of works, doped CePO 4 is proposed to be used as an indicator, where the emergence or, conversely, disappearance of luminescent properties will serve as an analytical signal. This phenomenon is based on the reversible transition Ce (III) / Ce (IV), depending on the surrounding atmosphere - whether it is oxidizing or reducing. In particular, the oxidation of Ce (III) to Ce (IV) serves as the main factor for quenching the emission of Tb in CePO 4 : Tb, and the reduction of Ce (IV) to Ce (III) leads to the return of the luminescent properties [W. Di, X. Wang, X. Ren. Nanotechnology, 2010, 21 (7), 075709; Q. Li and VWW Yam. Angew. Chemie - Int. Ed., 2007, 46 (19), 3486-3489]. However, this effect is based on the action of the atmosphere, not temperature. At the same time, when exposed to temperature, an irreversible Ce (IV) - Ce (III) transition is possible, which occurs, for example, during the annealing of acidic cerium (IV) orthophosphates at temperatures of about 700 ° C [V. Brandel, N. Clavier, and N. Dacheux. J. Solid State Chem., 2005, 178 (4), 1054-1063]
Известен способ получения аморфного ксерогеля на основе кислого ортофосфата церия(IV) [Т.О. Shekunova, А.Е. Baranchikov, O.S. Ivanova, et al. J. Non-Cryst. Solids, 2016, 447, 183-189]. Сначала растворяют диоксид церия в концентрированной ортофосфорной кислоте при 100°С и получают церийфосфатный раствор с [Се] = 0.1 М. После остывания к нему добавляют дистиллированную воду в объемном соотношении «церийфосфатный раствор» : «дистиллированная вода» = 1:7. Сформировавшийся гель промывают от избытка ортофосфорной кислоты и высушивают. При отжиге продукта около 700°С происходит частичное восстановление Ce(IV) до Се(III), сопровождающееся образованием монацита.A known method of producing an amorphous xerogel based on acidic cerium (IV) orthophosphate [T.O. Shekunova, A.E. Baranchikov, O.S. Ivanova, et al. J. Non-Cryst. Solids, 2016, 447, 183-189]. First, cerium dioxide is dissolved in concentrated orthophosphoric acid at 100 ° C and a cerium phosphate solution is obtained with [Ce] = 0.1 M. After cooling, distilled water is added to it in a volume ratio of "cerium phosphate solution": "distilled water" = 1: 7. The formed gel is washed to remove excess phosphoric acid and dried. When the product is annealed at about 700 ° C, a partial reduction of Ce (IV) to Ce (III) occurs, accompanied by the formation of monazite.
У получаемого церийфосфатного ксерогеля при температуре перехода Ce(IV) - Се(III) отсутствуют люминесцентные свойства, поскольку в способе не предусмотрена стадия допирования.The resulting cerium phosphate xerogel at the transition temperature Ce (IV) - Ce (III) lacks luminescent properties, since the method does not provide for the doping stage.
Известен способ получения неорганического индикатора температуры [JP 2006329666], принятый за прототип. В изобретении заявлен материал, содержащий неорганический пигмент с неорганическим связующим, изменяющий цвет с белого на желтый при повышении температуры. В качестве неорганического пигмента предложено использовать оксид титана (рутил) и/или оксид церия, в роли неорганического связующего - стекловолокно. В частном примере реализации способа указывается, что смешивают оксид титана со стекловолокном и отжигают при 800°C с целью получения неорганического термохромного композита.A known method of producing an inorganic temperature indicator [JP 2006329666], taken as a prototype. The invention claims a material containing an inorganic pigment with an inorganic binder, which changes color from white to yellow when the temperature rises. It is proposed to use titanium oxide (rutile) and / or cerium oxide as an inorganic pigment, and glass fiber as an inorganic binder. In a particular example of the implementation of the method, it is indicated that titanium oxide is mixed with glass fiber and annealed at 800 ° C in order to obtain an inorganic thermochromic composite.
В качестве недостатка прототипа следует отметить необходимость использования высоких температур отжига на стадии приготовления индикатора. Также в качестве недостатка можно отметить то, что, несмотря на высокую термическую стабильность, получаемый материал преимущественно меняет окраску в диапазоне температур до 300°С.As a disadvantage of the prototype, it should be noted the need to use high annealing temperatures at the stage of preparing the indicator. Also, as a disadvantage, it can be noted that, despite the high thermal stability, the resulting material predominantly changes color in the temperature range up to 300 ° C.
Изобретение направлено на расширение количества возможных технических средств, предназначенных для визуальной регистрации температуры.The invention is aimed at expanding the number of possible technical means intended for visual registration of temperature.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения неорганического индикатора, с помощью которого можно визуально детектировать области перегрева деталей или оборудования при высоких температурах.The technical objective of the invention is to develop a method for producing an inorganic indicator, with the help of which it is possible to visually detect areas of overheating of parts or equipment at high temperatures.
Технический результат достигается тем, что предложен способ получения неорганического индикатора температуры, отличающийся тем, что растворяют диоксид церия и оксид тербия(III,IV) в концентрированной ортофосфорной кислоте, к полученному церийфосфатному раствору добавляют дистиллированную воду, сформировавшийся гель очищают от избытка ортофосфорной кислоты, высушивают и получают ксерогель, при этом концентрация церия в церийфосфатном растворе составляет 0.01-0.8 М, объемное соотношение «церийфосфатный раствор» : «дистиллированная вода» варьируют от 1:3 до 1:8, мольное соотношение Се : Tb = 20:1-5:1.The technical result is achieved in that a method for producing an inorganic temperature indicator is proposed, characterized in that cerium dioxide and terbium (III, IV) oxide are dissolved in concentrated orthophosphoric acid, distilled water is added to the resulting cerium phosphate solution, the formed gel is purified from excess phosphoric acid, dried and a xerogel is obtained, while the concentration of cerium in the cerium phosphate solution is 0.01-0.8 M, the volume ratio "cerium phosphate solution": "distilled water" varies from 1: 3 to 1: 8, the molar ratio of Ce: Tb = 20: 1-5: one.
Целесообразно, что ксерогель может быть получен в виде тонкослойного материала.It is advisable that the xerogel can be obtained in the form of a thin-layer material.
Диапазон концентраций церийфосфатного раствора выбран из тех соображений, что при концентрации менее 0.01 М гель не формируется, а концентрация более 0.8 М является максимально возможной концентрацией церийфосфатного раствора.The concentration range of the cerium phosphate solution was chosen from the considerations that at a concentration of less than 0.01 M, no gel is formed, and a concentration of more than 0.8 M is the maximum possible concentration of a cerium phosphate solution.
Объемное соотношение «церийфосфатный раствор» : «дистиллированная вода» варьируют от 1:3 до 1:8, поскольку в этих пределах при указанных концентрациях церийфосфатного раствора формируется гель.The volumetric ratio "cerium phosphate solution": "distilled water" varies from 1: 3 to 1: 8, since a gel is formed within these limits at the indicated concentrations of the cerium phosphate solution.
Диапазон мольных соотношений Се : Tb = 20:1-5:1 выбран из тех соображений, что при меньшем содержании тербия продукт после отжига обладает слабой люминесценцией, а использование больших количеств тербия нецелесообразно, поскольку это не влияет на технический результат.The range of molar ratios Ce: Tb = 20: 1-5: 1 was chosen on the basis that with a lower terbium content, the product after annealing has a weak luminescence, and the use of large amounts of terbium is impractical, since this does not affect the technical result.
При необходимости ксерогель может быть высушен не только в виде порошка, но и получен в виде тонкослойного материала благодаря волокнистой микроструктуре кислого ортофосфата церия(IV), обеспечивающей материалу механическую прочность.If necessary, the xerogel can be dried not only in the form of a powder, but also obtained in the form of a thin-layer material due to the fibrous microstructure of acidic cerium (IV) orthophosphate, which provides the material with mechanical strength.
Сущность изобретения заключается в том, что полученный аморфный ксерогель на основе кислого ортофосфата церия(IV), допированный тербием, при отжиге на воздухе около 700°С начинает проявлять люминесцентные свойства - светиться зеленым цветом под воздействием УФ-облучения - вследствие частичного восстановления Се(IV) до Се(III).The essence of the invention lies in the fact that the obtained amorphous xerogel based on acidic cerium (IV) orthophosphate doped with terbium, when annealed in air at about 700 ° C, begins to exhibit luminescent properties - it glows green under the influence of UV irradiation - due to the partial reduction of Ce (IV ) to Ce (III).
Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.
Фиг. 1. Результаты термогравиметрического и дифференциально-термического анализа церийфосфатного ксерогеля, полученного а) по прототипу, б) по примеру 1.FIG. 1. The results of thermogravimetric and differential thermal analysis of the cerium phosphate xerogel obtained a) according to the prototype, b) according to example 1.
Фиг. 2. Дифрактограмма церийфосфатного ксерогеля, содержащего тербий а) до отжига, б) после отжига при 700°С, все основные пики относятся к пирофосфату церия CeP2O7 (PDF-2, №00-016-0584). Звездочкой отмечены пики, относящиеся к монациту CePO4 (PDF-2, №00-032-0199).FIG. 2. Diffraction pattern of a cerium phosphate xerogel containing terbium a) before annealing, b) after annealing at 700 ° C, all the main peaks refer to cerium pyrophosphate CeP 2 O 7 (PDF-2, No. 00-016-0584). The asterisk marks the peaks related to the monazite CePO 4 (PDF-2, no. 00-032-0199).
Фиг. 3. Внешний вид церийфосфатного ксерогеля с тербием, полученного в виде тонкослойного материала по примеру 2 а) до отжига, б) после отжига при 700°С под действием УФ-облучения (λ=254 нм).FIG. 3. Appearance of a cerium phosphate xerogel with terbium obtained in the form of a thin-layer material according to example 2 a) before annealing, b) after annealing at 700 ° C under the action of UV irradiation (λ = 254 nm).
Фиг. 4. Данные растровой электронной микроскопии для церийфосфатного ксерогеля с тербием, полученного по примеру 2 а) до отжига, б) после отжига при 700°С.FIG. 4. Scanning electron microscopy data for a cerium phosphate xerogel with terbium obtained according to example 2 a) before annealing, b) after annealing at 700 ° C.
Ниже приведены примеры иллюстрирующие, но не ограничивающие предложенный способ.Below are examples illustrating but not limiting the proposed method.
Пример 1.Example 1.
Растворяли нанокристаллический диоксид церия вместе с Tb4O7 (мольное отношение Се : Tb составляло 10:1) в концентрированной ортофосфорной кислоте при 100°С. Концентрация церия в церийфосфатном растворе составляла 0.1 М. К полученному раствору добавляли дистиллированную воду в объемном отношении 1:7. Полученный гель очищали диализом от избытка ортофосфорной кислоты и высушивали при 50°С в течение суток. Результаты термогравиметрического и дифференциально-термического анализа для полученного ксерогеля совпадают с результатами для ксерогеля, синтезированного по прототипу, что показано на Фиг. 1. Дифрактограмма продукта представлена на Фиг. 2а. После отжига при 700°С в течение 15 минут он люминесцировал зеленым светом при УФ-облучении с длиной волны λ=254 нм, согласно данным рентгенофазового анализа в продукте отжига присутствовал трехвалентный церий в виде СеРО4 что показано на Фиг. 2б.Nanocrystalline cerium dioxide was dissolved together with Tb 4 O 7 (the Ce: Tb molar ratio was 10: 1) in concentrated orthophosphoric acid at 100 ° C. The concentration of cerium in the cerium phosphate solution was 0.1 M. Distilled water was added to the resulting solution in a volume ratio of 1: 7. The resulting gel was purified by dialysis from excess phosphoric acid and dried at 50 ° C for a day. The results of thermogravimetric and differential thermal analysis for the obtained xerogel coincide with the results for the xerogel synthesized according to the prototype, which is shown in FIG. 1. The diffractogram of the product is shown in FIG. 2a. After annealing at 700 ° C for 15 minutes, it luminesced with green light under UV irradiation with a wavelength of λ = 254 nm, according to X-ray phase analysis, trivalent cerium was present in the annealing product in the form of CePO 4, which is shown in Fig. 2b.
Пример 2.Example 2.
По примеру 1, отличающийся тем, что гель промывали на фильтре Шотта и высушивали под прессом. Гель высыхал в виде тонкослойного материала, что продемонстрировано на Фиг. 3а. После отжига при 700°С в течение 15 минут продукт люминесцировал зеленым светом при УФ-облучении с длиной волны λ=254 нм, что показано на Фиг. 3б. В результате отжига материал немного деформировался, но не разрушился. Механическая прочность связана со стабильностью волокнистой микроструктуры ксерогеля, что подтверждается данными растровой электронной микроскопии, представленными на Фиг. 4.According to example 1, characterized in that the gel was washed on a Schott filter and dried under a press. The gel dried as a thin layer material as shown in FIG. 3a. After annealing at 700 ° C for 15 minutes, the product was luminescent with green light under UV irradiation at λ = 254 nm, as shown in FIG. 3b. As a result of annealing, the material was slightly deformed, but not destroyed. The mechanical strength is related to the stability of the fibrous microstructure of the xerogel, which is confirmed by the data of scanning electron microscopy presented in Fig. four.
Пример 3.Example 3.
По примеру 1, отличающийся тем, что объемное соотношение «церийфосфатный раствор» : «дистиллированная вода» равнялось 1:3. Полученный продукт проявлял люминесцентные свойства при температуре отжига свыше 700°С.According to example 1, characterized in that the volumetric ratio of "cerium phosphate solution": "distilled water" was equal to 1: 3. The resulting product exhibited luminescent properties at an annealing temperature above 700 ° C.
Пример 4.Example 4.
По примеру 1, отличающийся тем, что объемное соотношение «церийфосфатный раствор» : «дистиллированная вода» равнялось 1:8. Полученный продукт проявлял люминесцентные свойства при температуре отжига свыше 700°С.According to example 1, characterized in that the volume ratio "cerium phosphate solution": "distilled water" was equal to 1: 8. The resulting product exhibited luminescent properties at an annealing temperature above 700 ° C.
Пример 5.Example 5.
По примеру 1, отличающийся тем, что концентрация церийфосфатного раствора равнялась 0.01 М. Полученный продукт проявлял люминесцентные свойства при температуре отжига свыше 700°С.According to example 1, characterized in that the concentration of the cerium phosphate solution was 0.01 M. The resulting product exhibited luminescent properties at an annealing temperature above 700 ° C.
Пример 6.Example 6.
По примеру 1, отличающийся тем, что концентрация церийфосфатного раствора равнялась 0.8 М. Полученный продукт проявлял люминесцентные свойства при температуре отжига свыше 700°С.According to example 1, characterized in that the concentration of the cerium phosphate solution was 0.8 M. The resulting product exhibited luminescent properties at an annealing temperature above 700 ° C.
Пример 7.Example 7.
По примеру 1, отличающийся тем, что мольное отношение Се : Тb составляло 20:1. Полученный продукт проявлял люминесцентные свойства при температуре отжига свыше 700°С.According to example 1, characterized in that the molar ratio of Ce: Tb was 20: 1. The resulting product exhibited luminescent properties at an annealing temperature above 700 ° C.
Пример 8.Example 8.
По примеру 1, отличающийся тем, что мольное отношение Се : Тb составляло 5:1. Полученный продукт проявлял люминесцентные свойства при температуре отжига свыше 700°С.According to example 1, characterized in that the molar ratio of Ce: Tb was 5: 1. The resulting product exhibited luminescent properties at an annealing temperature above 700 ° C.
Предложенный способ позволяет получать термоиндикатор на основе аморфного ортофосфата церия(IV), содержащего тербий, который после нагревания до температур выше 700°С приобретает свойства люминофора, характеризующегося зеленой люминесценцией при Уф-облучении, и может быть использован как сам по себе, так и в составе более сложных объектов для визуального контроля областей перегрева.The proposed method makes it possible to obtain a thermal indicator based on amorphous cerium (IV) orthophosphate containing terbium, which, after heating to temperatures above 700 ° C, acquires the properties of a phosphor characterized by green luminescence under UV irradiation, and can be used both by itself and in as part of more complex objects for visual control of overheating areas.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020129974A RU2750694C1 (en) | 2020-09-11 | 2020-09-11 | Method for production of an inorganic temperature indicator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020129974A RU2750694C1 (en) | 2020-09-11 | 2020-09-11 | Method for production of an inorganic temperature indicator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2750694C1 true RU2750694C1 (en) | 2021-07-01 |
Family
ID=76820120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020129974A RU2750694C1 (en) | 2020-09-11 | 2020-09-11 | Method for production of an inorganic temperature indicator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2750694C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2791913C1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Method for producing ceramic composites based on lanthanum orthophosphate |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5562889A (en) * | 1991-02-04 | 1996-10-08 | Rhone-Poulenc Chimie | Cerium/lanthanum/terbium mixed phosphates |
| JP2006329666A (en) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Narumi China Corp | Temperature indicator |
| US20070131906A1 (en) * | 2003-09-18 | 2007-06-14 | Jean-Pierre Boilot | Rare-earth phosphate colloidal dispersion, method for the production thereof and a transparent luminescent material obtainable from said dispersion |
| RU2343434C2 (en) * | 2006-10-04 | 2009-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный аграрный университет" | Thermal indicator composition |
| FR2931143A1 (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-20 | Rhodia Operations Sas | PHOSPHATE OF LANTHANE AND AT LEAST ONE RARE EARTH CHOSEN AMONG CERIUM AND TERBIUM IN THE FORM OF A SUSPENSION, PROCESS FOR THEIR PREPARATION AND USE AS A LUMINOPHORE |
| US20100148658A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | General Electric Company | Methods for preparation of nanocrystalline rare earth phosphates for lighting applications |
| CN110484255A (en) * | 2019-06-05 | 2019-11-22 | 杭州电子科技大学 | A kind of fluorescent material and preparation method thereof can be used in temperature measurement |
-
2020
- 2020-09-11 RU RU2020129974A patent/RU2750694C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5562889A (en) * | 1991-02-04 | 1996-10-08 | Rhone-Poulenc Chimie | Cerium/lanthanum/terbium mixed phosphates |
| US20070131906A1 (en) * | 2003-09-18 | 2007-06-14 | Jean-Pierre Boilot | Rare-earth phosphate colloidal dispersion, method for the production thereof and a transparent luminescent material obtainable from said dispersion |
| JP2006329666A (en) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Narumi China Corp | Temperature indicator |
| RU2343434C2 (en) * | 2006-10-04 | 2009-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный аграрный университет" | Thermal indicator composition |
| FR2931143A1 (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-20 | Rhodia Operations Sas | PHOSPHATE OF LANTHANE AND AT LEAST ONE RARE EARTH CHOSEN AMONG CERIUM AND TERBIUM IN THE FORM OF A SUSPENSION, PROCESS FOR THEIR PREPARATION AND USE AS A LUMINOPHORE |
| US20100148658A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | General Electric Company | Methods for preparation of nanocrystalline rare earth phosphates for lighting applications |
| CN110484255A (en) * | 2019-06-05 | 2019-11-22 | 杭州电子科技大学 | A kind of fluorescent material and preparation method thereof can be used in temperature measurement |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| K. RAJESH et al, High-Surface-Area Nanocrystalline Cerium Phosphate through Aqueous Sol-Gel Route, Chem. Mater., 2004, v. 16, p.p. 2700-2705. * |
| K. RAJESH et al, High-Surface-Area Nanocrystalline Cerium Phosphate through Aqueous Sol-Gel Route, Chem. Mater., 2004, v. 16, p.p. 2700-2705. T.O.SHEKUNOVA et al, Cerous Phosphate gels: Synthesis, thermal decomposition and hydrothermal crystallization paths, J. of Non-Crystalline Solids, 2016, v. 447, p.p. 183-189. * |
| T.O.SHEKUNOVA et al, Cerous Phosphate gels: Synthesis, thermal decomposition and hydrothermal crystallization paths, J. of Non-Crystalline Solids, 2016, v. 447, p.p. 183-189. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2791913C1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Method for producing ceramic composites based on lanthanum orthophosphate |
| RU2836516C1 (en) * | 2024-12-26 | 2025-03-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Material for a temperature sensor based on measuring the effective decay time of luminescence |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kolesnikov et al. | Structural and luminescence properties of MgAl2O4: Eu3+ nanopowders | |
| Saidi et al. | Highly sensitive optical temperature sensing based on pump-power-dependent upconversion luminescence in LiZnPO 4: Yb 3+–Er 3+/Ho 3+ phosphors | |
| Batista et al. | Effect of the vanadium (V) concentration on the spectroscopic properties of nanosized europium-doped yttrium phosphates | |
| Salek et al. | Optical properties versus temperature of Cr-doped γ-and α-Al2O3: Irreversible thermal sensors application | |
| Golyeva et al. | Effect of synthesis conditions on structural, morphological and luminescence properties of MgAl2O4: Eu3+ nanopowders | |
| JPH04338105A (en) | Cerium lanthanum terbium mixed phosphate and method of manufacturing same | |
| Xu et al. | Double perovskite structure CaLaMgTaO6: Bi3+, Eu3+ co-doped phosphors for optical temperature measurement | |
| Yan et al. | Recent advances in rare earth co-doped luminescent tungsten oxygen complexes | |
| Jeon et al. | Eu3+ ions co-doped CLPO: Dy3+ single phase white-light emitting phosphors for near UV-based white LEDs | |
| Kumar et al. | Structural and photoluminescence properties of thermally stable Eu3+ activated CaWO4 nanophosphor via Li+ incorporation | |
| Durugkar et al. | Novel photoluminescence properties of Eu3+ doped chlorapatite phosphor synthesized via sol-gel method | |
| Elakkiya et al. | Bismuth and vanadium-substituted yttrium phosphates for cool coating applications | |
| Kumari et al. | Structural and photoluminescence properties of Sm3+ ions doped strontium yttrium tungstate phosphors for reddish-orange photonic device applications | |
| Santiago et al. | Fast and simultaneous doping of Sr0. 9− x− y− zCa0. 1In2O4:(xEu3+, yTm3+, zTb3+) superstructure by ultrasonic spray pyrolysis | |
| Paradisi et al. | Eu-doped YPO4 luminescent nanopowders for anticounterfeiting applications: tuning morphology and optical properties by a rapid microwave-assisted hydrothermal method | |
| Prathibha et al. | Investigation of luminescence spectroscopic characteristics in Eu 3+-doped Zn 2 SiO 4 by Judd–Ofelt parameters | |
| RU2750694C1 (en) | Method for production of an inorganic temperature indicator | |
| KR100840053B1 (en) | Colloidal dispersions of rare earth phosphates, methods for their preparation and transparent luminescent materials obtainable from the dispersions | |
| Li et al. | Multispectral tunability in single Eu 2+-doped (Ba, Sr) 5 (PO 4) 3 Br phosphor | |
| Hernández et al. | Photoluminescence behavior of YPO4: Tb3+ crystallized in monoclinic, hexagonal or tetragonal phase obtained by hydrothermal process | |
| Stefańska et al. | Multiple ways for temperature detection based on La2MgTiO6 double perovskite co-doped with Mn4+ and Cr3+ ions | |
| Huang et al. | Hydrothermal and anion exchange synthesis of Mn (v)-doped Ba 5 (PO 4) 3 Cl nano-apatite toward NIR-II temperature sensing | |
| Sahu et al. | Dopant Concentration induced optical changes in Ba1− xEuxMoO4: A green and facile approach towards tunable photoluminescent material | |
| Zhou et al. | The optical temperature sensing performance of Bi3+, Sm3+ co-doped CaWO4 phosphors | |
| Onoda et al. | Synthesis and pigmental properties of nickel phosphates by the substitution with tetravalent cerium cation |