Исследование и разработка технологии устройства индикации на основе нанопористого оксида алюминия

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Владимирский государственный университет имени

Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

 

В Ы П У С К Н А Я

К В А Л И Ф И К А Ц И О Н Н А Я

Р А Б О Т А

 

 

Студента Лапушкиной Марии Юрьевны

 

Института прикладной математики и информатики,

био- и нанотехнологий

 

Направление 210600 – нанотехнология (бакалавриат)

 

 

Тема работы:

 

Исследование и разработка технологии устройства индикации на основе нанопористого оксида алюминия

 

 

 

 

Руководитель работы:   Золотов А.Н.    

 

 

 

 

 

Допустить работу к защите в государственной

аттестационной комиссии

 

 

Заведующий кафедрой:          Аракелян С.М.

« 02 »  июня 2014 г.

 

ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

УТВЕРЖДАЮ: 

Зав. кафедрой  

 

 

ЗАДАНИЕ

НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ

 

Студенту

1.Тема      
      

утверждена приказом по университету №   от  

2. Срок сдачи студентом законченной  работы      

3. Исходные данные к работе     
   
 

4. Содержание расчетно-пояснительной  записки (перечень подлежащих 

разработке вопросов):   
     
     
  
     
  
    

5. Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей):    

 

 

АННОТАЦИЯ

В данной дипломной работе рассмотрена люминесценция на основе электролюминофоров, принцип создания устройства индикации на основе нанопористого оксида алюминия. Исследованы технологии заполнение пор электролюминофором, нанесение прозрачных электрических контактов и создание устройства индикации.

 

 

 

 

SUMMARY

In this thesis, work is considered luminescence-based electrolumines, the principle of the creation of the display unit on the basis of nanoporous alumina. Studied technologies of the pores are filled with electrolinera, application of transparent electrical contacts and creating a display unit.

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Пленки анодного оксида алюминия(АОА) являются перспективным материалом для наноэлектроники и оптоэлектроники, благодаря уникальной ячеисто-пористой структуре, представляющей собой скопление плотноупакованных гексагональных оксидных ячеек с расположенными посередине цилиндрическими порами.

 Регулируемый  в широких пределах показатель  преломления, оптическая прозрачность, собственная люминесценция, технологичность, низкая себестоимость, а также  широкий диапазон изменения возможной  пористости, диаметров и глубины  цилиндрических пор делают этот  материал перспективным для внедрения  в него веществ, обладающих собственными  люминесцентными свойствами, в частности, люминесцирующих органических соединений.

В данной работе представлены результаты исследований люминесцентных свойств тонкопленочных структур, созданных на основе пористого анодного оксида алюминия с внедренным в поры органическим люминофором.

 

 

1. Описание существующих устройств индикации на основе электролюминофоров

 

1.1.Типы электролюминофоров

 

Электролюминофор - неорганический порошок, который преобразует энергию электрического поля в световую, состоящий из активированных соединений на основе сульфидов цинка. Светится под действием электрического поля. Является самым сложным в производстве из всех типов люминофоров.

Таблица 1.1.

Технические характеристики электролюминофоров

Назначение	Преобразование энергии электрического поля переменного тока в видимый свет.
Применение	Для освещения, при фотопечати, для подсветки ЖК-индикаторов и шкал в приборных панелях автомобилей, самолетов, на пультах управления различного назначения, в шкалах измерительных приборов, радио- и телеприемников, телефонных номеронаберателях и других изделиях. Для устройств отображения знаковой и графической информации в машиностроительной, приборостроительной, авиационной, космической и других отраслях. Для плоских телевизионных экранов.
Преимущества	Непосредственное превращение электрической энергии в свет, использование в плоских твердотельных и гибких конструкциях источников света и устройств отображения информации, надежность и виброустойчивость последних, быстродействие, широкий угол обзора и диапазон рабочих температур электролюминесцентных устройств.
Характеристика продуктов	Порошковые материалы, состоящие из активированных соединений на основе сульфидов цинка.
Условия эксплуатации	Напряжение 115-220 В, частота переменного тока в диапазоне 50-1200 Гц.

 

Таблица 1.2.

Технические данные

Цвет свечения	Химический состав
Голубой	ZnS: Cu
Зелёный	ZnS: Cu,Al
Жёлтый	ZnS,Se:Cu,Al
Оранжевый	ZnS,CdS:Cu,Ga,I
Белый	ZnS,ZnSe:Cu,Al

 

Различают несколько типов электролюминофоров:

1. Тип B: Размер частиц - 29мкм, высокая яркость, жаростойкость, используется для стеклянных и пластиковых панелей.
2. Тип S: Размер частиц - 9мкм, большой срок службы, высокая яркость применяя пластиковые панели.
3. Тип C: Размер частиц - 29мкм, большой срок службы, хорошая яркость, равномерное свечение, используется для стеклянных и пластиковых панелей.

На данный момент существует существуют различные виды продукции на       основе электролюминофоров.

1. Электролюминесцентный провод (световой провод, гибкий неон, светопровод) является гибким источником света нового поколения (рис 1.1). Благодаря своим механическим и конструктивным особенностям является лучшем альтернативным решением в тех областях, где обычно используют дюралайт или неоновые лампы, а по целому ряду показателей (надежность, цена, простота установки и др.) - превосходит обычные материалы.

 

 

Рис 1.1. Электролюминесцентный провод

 

Технологически светопровод представляет собой 2-проводный цилиндрический конденсатор, заключенный в прозрачную пластиковую оболочку. Свечение провода обеспечивается подачей на его электроды переменного напряжения до 110В и частотой 600-4000 Гц, от специального миниатюрного блока питания (инвертора), т.е. здесь реализован принцип свечения светобумаги. Свечение может быть, как непрерывным, так и мерцающим по любому заданному алгоритму. Основным элементом свечения является люминофор, который в виде отдельного слоя нанесен на центральный токонесущий провод (рис 1.2). Благодаря такому технологическому решению в проводе нечему биться и ломаться.

Рис. 1.2. Характеристики электролюминесцентного провода

 

Диаметр провода варьируется от 0.8 до 14 мм и бывает 2х типов - гибкий и жесткий (с алюминиевой жилой дополнительно). Провод можно нарезать любыми отрезками, просто раскусывая в любом месте плоскогубцами или ножницами и подпаивая бытовым паяльником. Световой провод работает в широком температурном диапазоне: от -30 до +80 оС, но сам не нагревается. Обладает высокой влагозащищенностью светящейся поверхности, что позволяет без проблем применять его не только в помещениях но и на улице в регионах с самыми сложными погодными условиями.

Энергопотребление светового провода очень низкое - от 0.3 до 1.2 Вт/м. К примеру, от двух пальчиковых батареек светятся три метра провода, а от автомобильного аккумулятора можно засветить не менее двадцати метров. Время жизни светопровода достигает 15000 часов непрерывной работы, стабильность света сохраняется и при солнечном освещении.

Областа применения: подсветка интерьеров (в том числе напольных покрытий), мебели, аквариумов, бассейнов, комнатных растений. Он также может быть использован в световых инсталляциях, рекламной сфере, оформлении вечеринок, дискотек, баров, ресторанов, витрин, фасадов, салона и кузова автомобилей. Его можно вшивать в одежду танцоров, спасателей, мотоциклистов, осуществлять с его помощью приглушенную иллюминацию в залах кинотеатров.

2. Электролюминесцентная панель (светящаяся панель, светобумага, светопанель) – это источник равномерного света плоский и сверхтонкий (рис1.3). Цвет свечения может быть разным и зависит от светофильтра, нанесенного на поверхность люминофора. Самый яркий свет – зелено-голубой или неоновый. Для подсветки используется белый свет.

Рис. 1.3. Электролюминесцентная панель

 

Конструкция электролюминесцентной панели – это конденсатор с двумя проводящими поверхностями (светоиспускающий слой люминофора) с диэлектрическим слоем между ними. Светобумага начинает светиться, когда к двум проводящим слоям подают переменное напряжение. В тот момент,когда прикладывается напряжение к проводящим областям, возникает электрическое поле, пронизывающее слои люминофора и диэлектрика.

Толщина это одно из самых больших преимуществ электролюминесцентной панели, и она составляет всего 0.8 мм.

Электролюминесцентные панели представляют собой листы полностью покрытые защитной ПВХ или PET ламинатом, не боятся пыли, влаги и т.п. С обратной стороны установлены контакты питания (рис 1.4). Имеют стандартные размеры (А5, А4, А3, А2, А1…), либо изготавливаются под определенный размер заказчика.

Рис.1.4. Применение панели для подсветки изображения нанесённого на прозрачную пленку

Преимущества светобумаги:

• Легкая и тонкая
• Свечение всей поверхности с высокой равномерностью свечения
• Гибкая и может быть расположена на сложных поверхностях
• Холодный источник света без ультрафиолетового излучения
• Низкий ток потребления
• Хорошая виброустойчивость и защита от влаги
• Хорошая устойчивость к порезам, проколам
• Разумная цена

Электролюминесцентная панель применяется в организации новых рекламных мест под сдачу в аренду рекламодателям. Электролюминесцентную панель можно наклеить на стекла, подвесить на тоненьких невидимых лесочках к потолку, обернуть вокруг колонны, сделать световым носителем в виде флажка.

3. Электролюминесцентная лента (световая лента) соответствует технологии производства светобумаги (рис 1.5), при этом длина ее может достигать 3000 м при ширине от 10мм, 50мм, 100 мм. Толщина электролюминесцентная ленты всего 0.5 мм.

Рис.1.5. Электролюминесцентная лента

 

Также ленты изготавливаются под определенный размер заказчика, имеют установленные контакты для подведения питания. Выпускаются в двух вариантах защиты: первый – ламинация, второй - цельная прозрачная ПВХ оболочка.

Сферы применения:

• оформление фонтанов и бассейнов
• реклама на транспорте
• тюнинг автомобилей
• внутренний и внешний дизайн помещений
• различные рекламные носители
• индустрии развлечений и отдыха
• оформление концертных и театральных декораций
• и многое др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Устройства индикации на основе электролюминофоров

 

1) Электронно-лучевые индикаторы

Электронно-лучевые индикаторы, или, как их чаще называют, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), являются наиболее распространенным и важным устройством в технике отображения информации. Работа ЭЛТ основана на создании управляемого сфокусированного пучка электронов, воздействующего на покрытый люминофорным веществом экран и вызывающего свечение отдельных его участков. Различают три вида электронно-лучевых индикаторов: монохромный и цветной.

1. Монохромные ЭЛТ (рис 1.6).

Рис.1.6.  Конструкция монохромной электронно-лучевой трубки:

М- модулятор; Э- экран; К- катод; ОК-отклоняющая катушка.

 

Электроны, попадающие в конце своего пути на внутреннюю поверхность экрана Э с люминофорным покрытием, должны обладать достаточной энергией для возбуждения люминофора.

Экран ЭЛТ покрыт слоем люминофора. На нем создается изображение с требуемой яркостью, временем послесвечения и цветом. Причиной свечения является передача энергии от ускоренных электронов луча электронам, связанным с кристаллом люминофора, в результате чего последние переходят в возбужденное состояние. При их возвращении в нормальное состояние избыточная энергия выделяется в виде света. Этот физический эффект называют катодной люминесценцией. Люминофоры обычно состоят из смеси солей кальция, кадмия, цинка и некоторых других элементов. Наиболее широкое применение нашли сульфидные люминофоры. Наиболее широкое распространение в монохромных трубках получили белый и зеленый цвета. Время послесвечения экрана, т. е. время, необходимое для спадания яркости свечения от номинальной до первоначальной после прекращения действия электронного луча, также зависит от состава входящих в люминофор компонентов и может находиться в диапазоне от нескольких микросекунд до десятков секунд. [4]