El aluminato de estroncio es un compuesto de aluminato con la fórmula química SrAl 2 O 4 (a veces escrito como SrO·Al 2 O 3 ). Es un polvo cristalino monoclínico de color amarillo pálido, inodoro y no inflamable. Cuando se activa con un dopante adecuado (por ejemplo, europio , escrito como Eu:SrAl 2 O 4 ), actúa como un fósforo fotoluminiscente con una larga persistencia de fosforescencia .
Los aluminatos de estroncio existen en una variedad de otras composiciones que incluyen SrAl 4 O 7 (monoclínico), Sr 3 Al 2 O 6 ( cúbico ), SrAl 12 O 19 ( hexagonal ) y Sr 4 Al 14 O 25 ( ortorrómbico ). Las diferentes composiciones provocan que se emitan diferentes colores de luz.
Los materiales fosforescentes se descubrieron en el siglo XVIII y la gente los ha estudiado y realizado mejoras a lo largo de los siglos. El desarrollo de pigmentos de aluminato de estroncio en 1993 fue impulsado por la necesidad de encontrar un sustituto para los materiales que brillan en la oscuridad con alta luminancia y larga fosforescencia, especialmente aquellos que usaban prometio . Esto llevó al descubrimiento por parte de Yasumitsu Aoki (Nemoto & Co.) de materiales con una luminancia aproximadamente 10 veces mayor que la del sulfuro de zinc y una fosforescencia aproximadamente 10 veces más prolongada y 10 veces más cara. La invención fue patentada por Nemoto & Co., Ltd. y concedida licencia a otros fabricantes y marcas de relojes. [1] Los aluminatos de estroncio son ahora el material fosforescente más duradero y brillante disponible comercialmente.
Para muchos propósitos basados en la fosforescencia, el aluminato de estroncio es un fósforo superior a su predecesor, el sulfuro de zinc activado por cobre , siendo aproximadamente 10 veces más brillante y 10 veces más duradero. [ cita necesaria ] Se usa con frecuencia en objetos que brillan en la oscuridad , donde reemplaza al Cu: ZnS más barato pero menos eficiente que muchas personas reconocen con nostalgia; esto es lo que hizo brillar las pegatinas de "estrellas que brillan en la oscuridad".
Los avances en la comprensión de los mecanismos fosforescentes, así como los avances en imágenes moleculares, han permitido el desarrollo de aluminatos de estroncio novedosos y de última generación. [2]
Los fósforos de aluminato de estroncio producen tonos verdes y aguamarina , donde el verde proporciona el mayor brillo y el aguamarina el mayor tiempo de brillo. Se pueden utilizar diferentes aluminatos como matriz huésped. Esto influye en la longitud de onda de emisión del ion europio, por su interacción covalente con los oxígenos circundantes y la división del campo cristalino de los niveles de energía orbital 5d . [3]
Las longitudes de onda de excitación del aluminato de estroncio varían de 200 a 450 nm, y las longitudes de onda de emisión varían de 420 a 520 nm. La longitud de onda de su formulación verde es de 520 nm, su versión aguamarina o azul verdosa emite a 505 nm y su versión azul emite a 490 nm. El aluminato de estroncio también puede formularse para fosforescer en longitudes de onda más largas (de amarillo a rojo), aunque dicha emisión suele ser más tenue que la de la fosforescencia más común en longitudes de onda más cortas.
Para los aluminatos dopados con europio-disprosio, las longitudes de onda máximas de emisión son 520 nm para SrAl 2 O 4 , 480 nm para SrAl 4 O 7 y 400 nm para SrAl 12 O 19 . [4]
Eu 2+ , Dy 3+ : SrAl 2 O 4 es importante como fósforo luminiscente persistente para aplicaciones industriales. Puede producirse mediante un proceso asistido por sales fundidas a 900 °C. [5]
El tipo más descrito es el Eu 2+ :SrAl 2 O 4 estequiométrico que emite verde (aprox. 530 nm) . Eu 2+ ,Dy 3+ ,B:SrAl 2 O 4 muestra un brillo significativamente más prolongado que el material dopado solo con europio. El dopante Eu 2+ muestra un alto resplandor, mientras que el Eu 3+ casi no tiene ninguno. El Mn:SrAl 12 O 19 policristalino se utiliza como fósforo verde para pantallas de plasma y, cuando se dopa con praseodimio o neodimio , puede actuar como un buen medio láser activo . Sr 0,95 Ce 0,05 Mg 0,05 Al 11,95 O 19 es un fósforo que emite a 305 nm, con una eficiencia cuántica del 70%. Se pueden preparar varios aluminatos de estroncio mediante el proceso sol-gel . [6]
Las longitudes de onda producidas dependen de la estructura cristalina interna del material. Pequeñas modificaciones en el proceso de fabricación (el tipo de atmósfera reductora, pequeñas variaciones de estequiometría de los reactivos, adición de haluros de carbono o de tierras raras ) pueden influir significativamente en las longitudes de onda de emisión.
El aluminato-fósforo de estroncio normalmente se cuece a unos 1250 °C, aunque son posibles temperaturas más altas. Es probable que la exposición posterior a temperaturas superiores a 1090 °C provoque la pérdida de sus propiedades fosforescentes. A temperaturas de cocción más altas, el Sr 3 Al 2 O 6 se transforma en SrAl 2 O 4 . [7]
El aluminato de estroncio dopado con cerio y manganeso (Ce,Mn:SrAl 12 O 19 ) muestra una intensa fosforescencia de banda estrecha (22 nm de ancho) a 515 nm cuando se excita con radiación ultravioleta (línea de emisión de mercurio de 253,7 nm, en menor grado 365 nm). Puede utilizarse como fósforo en lámparas fluorescentes de fotocopiadoras y otros dispositivos. Una pequeña cantidad de silicio en sustitución del aluminio puede aumentar la intensidad de las emisiones en aproximadamente un 5%; la composición preferida del fósforo es Ce 0,15 Mn 0,15 : SrAl 11 Si 0,75 O 19 . [8]
Sin embargo, el material presenta una alta dureza, provocando abrasión en la maquinaria utilizada en su procesamiento; Los fabricantes frecuentemente cubren las partículas con un lubricante adecuado cuando las agregan a un plástico. El recubrimiento también evita que el fósforo se degrade con el agua con el tiempo.
La intensidad del brillo depende del tamaño de las partículas; En general, cuanto más grandes son las partículas, mejor es el brillo.
El aluminato de estroncio es insoluble en agua y tiene un pH aproximado de 8 (muy ligeramente básico).
El cemento de aluminato de estroncio se puede utilizar como material estructural refractario . Puede prepararse sinterizando una mezcla de óxido de estroncio o carbonato de estroncio con alúmina en una proporción aproximadamente equimolar a aproximadamente 1500 °C. Puede utilizarse como cemento para hormigón refractario para temperaturas de hasta 2000 °C y como protección contra la radiación . El uso de cementos de aluminato de estroncio está limitado por la disponibilidad de las materias primas. [9]
Se han examinado los aluminatos de estroncio como materiales propuestos para la inmovilización de productos de fisión de desechos radiactivos , concretamente el estroncio-90 . [10] Las nanopartículas de aluminato de estroncio dopadas con europio se proponen como indicadores de tensión y grietas en materiales, ya que emiten luz cuando se someten a tensión mecánica ( mecanoluminiscencia ). También son útiles para fabricar nanodispositivos mecanoópticos. Para ello se necesitan partículas no aglomeradas; son difíciles de preparar convencionalmente pero pueden prepararse mediante pirólisis por pulverización ultrasónica de una mezcla de acetilacetonato de estroncio, acetilacetonato de aluminio y acetilacetonato de europio en atmósfera reductora (argón con 5% de hidrógeno). [11]
Los pigmentos luminosos a base de aluminato de estroncio se comercializan bajo numerosas marcas como Core Glow, Super-LumiNova [12] y Lumibrite , desarrollada por Seiko .
Muchas empresas venden además productos que contienen una mezcla de partículas de aluminato de estroncio y un "material huésped". Debido a la capacidad casi infinita de recarga, los productos de aluminato de estroncio atraviesan muchas industrias. Algunos de los usos más populares son el alumbrado público, como el carril bici viral. [13]
Las empresas ofrecen un agregado de mármol industrial mezclado con aluminato de estroncio, para facilitar su uso en los procesos de construcción estándar. Los agregados de mármol incandescentes a menudo se presionan contra el cemento o el asfalto durante las etapas finales de la construcción.
Actualmente se están desarrollando alternativas a las barras luminosas reutilizables y no tóxicas utilizando partículas de aluminato de estroncio.
El aluminato de estroncio cúbico se puede utilizar como capa de sacrificio soluble en agua para la producción de películas independientes de materiales de óxido complejos. [14] [15]
Los aluminatos de estroncio se consideran no tóxicos y son biológica y químicamente inertes. [dieciséis]
Se debe tener cuidado al manipular polvos sueltos, que pueden causar irritación si se inhalan o se exponen a las membranas mucosas. [dieciséis]
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