Специалисты Томского политехнического университета и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН разработали технологию ускоренного синтеза люминофорной керамики промышленного качества.

Люминофоры — органические и неорганические вещества, способные люминесцировать, то есть преобразовывать поглощаемую энергию в свет.

Люминофорная керамика применяется во многих светоизлучающих приборах. Например, её тонким слоем наносят на поверхность люминесцентных, светодиодных ламп, светодиодов белого света в электронных приборах, фонариков. Такую керамику используют и для светодиодной подсветки жидкокристаллических экранов компьютеров, телевизоров и смартфонов.

Традиционные способы изготовления керамики включают несколько стадий. Этот процесс может продолжаться не одни сутки: изделия синтезируют с использованием твердофазных реакций.

Специалисты Томского политехнического университета и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН провели серию экспериментов на стенде уникальной научной установки ЭЛВ-6 по экспресс-изготовлению различного типа керамик и в результате получили люминофорную керамику промышленного качества, с точно заданными свойствами. И очень быстро — за считанные секунды.

Профессор отделения материаловедения Томского политехнического Университета пояснила: разработка ориентирована в первую очередь на создание в России импортонезависимого производства люминофоров для светодиодов. Но в перспективе это позволит создавать широкий спектр материалов для современной фотоники — аналога электроники, использующего вместо электронов кванты света — фотоны.

ЭЛВ-6 — промышленный ускоритель заряженных частиц, способный выводить мощный сфокусированный электронный пучок в атмосферу. Смешиваемые компоненты имеют разные — и высочайшие, в несколько тысяч градусов — температуры плавления. Для облегчения синтеза в исходные смеси добавляют вещества, от которых потом необходимо избавляться, чтобы обеспечить чистоту получаемых материалов.

Получение разных типов керамики из исходных порошковых компонентов под воздействием электронного пучка — одно из наиболее перспективных направлений работы на стенде УНУ ЭЛВ-6. На стенде синтезируются различные типы материалов. И особо заметного успеха учёные достигли в создании люминесцирующих керамик. Получены люминофоры на основе иттрий-алюминиевого граната (YAG), фторида магния (MgF2), фторида бария (BaF2), оксида магния (MgO), алюмината магния (MgAl2O4).

Технологии синтеза постоянно совершенствуются. Физики Томского политехнического университета давно занимаются получением различных типов керамики, в том числе люминофорных, под воздействием пучка электронов. Этот метод позволяет приблизить материалы к состоянию, близкому к плазменному. И спекать различные вещества, при необходимости меняя состав компонентов.

В этой технологии используются инертные к воздействию атмосферы исходные материалы, потому в процессе синтеза не происходит изменения химического состава смеси. И в материал не вносятся загрязнения.

Единственная сложность сейчас в том, что необходимо размалывать полученную керамику. А она имеет высокую твёрдость. Но профессор Томского политехнического университета, доктор физико-математических наук Виктор Лисицын пояснил, что для этого можно использовать не только механические, но и электроразрядные методы.

Сейчас авторы методики работают над тем, чтобы повысить функциональные свойства изготавливаемых керамик, расширить круг синтеза тугоплавких керамик, изучить физико-химических процессы при радиационном синтезе.

Исследования по люминесцентной керамике проводятся в рамках гранта Российского научного фонда «Экспресс-технология радиационного синтеза высокотемпературной оксидной керамики для фотоники».

С нескольких суток до секунд