Люминофоры – вещества, преобразующие поглощаемую световую, механическую или тепловую энергию в световое излучение. Они используются в фотонике для изготовления люминесцентных ламп, светодиодов, индикаторов излучения и других приборов.
Применяемые сегодня методы синтеза люминофорной керамики, по словам специалистов, часто приводят к возникновению дефектов в структуре материала. Это связано с низкой управляемостью процессов в ходе твердофазных реакций, а также с использованием вспомогательных веществ, продукты разложения которых остаются в керамике, снижая ее качество.
Специалисты инженерной школы новых производственных технологий Томского политехнического университета предложили уникальный метод синтеза люминофорной керамики. По словам авторов, его отличия от аналогов – возможность точного управления свойствами продукта, высокие скорость и производительность.
«Особенность метода состоит в применении высокоэнергетического электронного пучка, под действием которого идет спекание порошков исходных оксидов. Разработка прежде всего ориентирована на создание в России импортонезависимого производства люминофоров для светодиодов, но в перспективе она позволит создавать широкий спектр материалов для современной фотоники», – рассказала профессор отделения материаловедения Томского политеха Елена Полисадова.
В рамках новой технологии ученые создали метод промышленного получения иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами церия, – ключевого материала для производства диодов с белым светом.
«Наша технология получения люминофорной керамики – самая быстрая из существующих, за одну секунду синтезируется сразу 10–20 граммов вещества. Смесь порошков подвергается мощному воздействию потока электронов, что приводит к радиолизу, то есть распаду оксидов на ионы с последующим соединением», – объяснила Полисадова.
В ходе исследования ученые проанализировали влияние параметров электронного пучка и состава компонентов на конечный продукт. Эти данные станут основой для методов производства новых типов керамики, необходимых для создания фотосенсоров, лазеров, устройств фотовольтаики и других приборов, отметили в Томском политехе.
«Предложенный нами подход позволяет спекать разные вещества, оперативно меняя состав компонентов. Благодаря этому можно не только синтезировать керамику сложного состава, но и быстро выяснять закономерности влияния различных компонентов на свойства конечного продукта», – рассказала Елена Полисадова.
Исследование проводится при поддержке гранта Российского научного фонда. В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить разработку универсальных технологий радиационного синтеза материалов на основе тугоплавких соединений.
