Томские ученые адаптировали метод электродугового плазменного синтеза для получения люминесцентной керамики
116
Новый подход позволяет получить светоизлучающие материалы менее чем за минуту, не используя при этом дорогостоящее оборудование.
Для отработки технологии ученые синтезировали достаточно изученные составы люминесцентных керамик из оксида магния, оксида алюминия и алюмомагнезиальной шпинели с добавлением ионов хрома и марганца.
«Исследования полученных образцов показали, что наш подход позволяет изготовить светоизлучающую керамику менее чем за минуту. При этом эффективность излучения сопоставима с показателями аналогичных материалов, полученных другими методами, которые требуют больших временных затрат и применения дорогостоящего оборудования. Стоит отметить, что изменение химического состава материалов не требует изменения технологии», — отмечает руководитель проекта, доцент отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ Дамир Валиев.
В ходе лабораторных экспериментов подготовленные исходные материалы обрабатывали в установке электрической дуговой плазмы. В плазменной среде образцы плавились менее чем за 60 секунд. После отключения плазменного факела расплав затвердевал приблизительно за пять минут, образуя полусферические продукты. Высокая температура дуговой плазмы, превышающая 5 000 К, вызывала интенсивные конвективные потоки внутри расплавленного материала, обеспечивая тем самым однородность синтезированного продукта.
Методами рентгенодифракционного и SEM-EDX анализа было установлено, что условия плазменного синтеза способствуют эффективному внедрению ионов активатора в кристаллическую решетку оксидной керамики.
«Использование различных активаторов позволяет получать излучение в разных спектральных диапазонах, что подчеркивает потенциал для разработки материалов с заданными спектрально-люминесцентными характеристиками. Так, полученные образцы с „красновато-розовым“ свечением, и образцы с „зеленым“ свечением, можно адаптировать, например, для производства лазерных проекторов, где керамический преобразователь лазерного излучения является ключевым компонентом оптического тракта в получении изображения с высокой цветовой яркостью», — поясняет Дамир Валиев.
Кроме того, в ходе экспериментов ученые установили, что люминесцентные свойства итогового материала, такие как интенсивность свечения и время затухания свечения, зависят от структуры кристаллической решетки исходного оксида. Установленные взаимосвязи «состав-структура-свойство» имеют фундаментальное значение для понимания люминесцентных центров в неравновесной керамике и обеспечивают основу для целенаправленного проектирования новых функциональных материалов оптоэлектроники.
Дальнейшая работа ученых будет направлена на синтез и разработку высокостабильных люминесцентных керамических материалов с широкополосным ИК-излучением в невидимом для человеческого глаза спектральном диапазоне. Керамика с таким спектральным составом перспективна для качественной визуализации мягких тканей при первичной диагностике сосудистых заболеваний.