Томские ученые за минуту получили люминесцентную керамику
Томские ученые предложили быстрый способ синтеза керамики, которая светится после УФ-воздействия. Метод дуговой плазмы позволяет получить такой материал за 60 секунд и без отдельной восстановительной атмосферы.
МОСКВА, 24 июня. /Новости науки/. Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из ТГАСУ и Томского научного центра СО РАН разработали метод быстрого синтеза многокомпонентной оксидной керамики с длительной люминесценцией. Об этом сообщила пресс-служба ТПУ.
Новый подход основан на дуговой плазме. Он позволяет за один этап и примерно за одну минуту получить керамику на основе оксидов алюминия, магния, стронция и цинка, легированных оксидом европия. Такой материал может накапливать энергию после УФ-воздействия и затем постепенно отдавать ее в виде видимого света.
Материалы с длительной люминесценцией используют в энергоэффективном освещении, аварийных указателях, системах безопасности, вывесках и дисплейных технологиях. Их работа связана с так называемыми ловушками для электронов. После возбуждения светом электроны переходят в зону проводимости, затем задерживаются в дефектах структуры и медленно высвобождаются. Поэтому материал продолжает светиться уже после прекращения внешнего воздействия.
Обычно такие керамики получают при температуре 1300–1500 градусов Цельсия в восстановительной атмосфере. Для этого нужны специальные печи, длительная обработка и строгие меры безопасности. Томские исследователи предложили заменить этот процесс дуговым плазменным синтезом.
«Метод дуговой плазмы позволил быстро, за 60 секунд, в один этап получить многофазную люминесцентную керамику на основе оксидов алюминия, магния и стронция, цинка, легированных оксидом европия. Кроме того, метод обеспечивает необходимые восстановительные условия для стабилизации европия без использования внешней восстановительной атмосферы или постобработки», — рассказал один из авторов исследования, доцент отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ Дамир Валиев.
По его словам, полученная керамика хорошо поглощает излучение в УФ-синей области спектра. При более высоком уровне легирования европием исследователи зафиксировали более длительное затухание свечения. Это указывает на образование более глубоких дефектных ловушек, которые удерживают электроны дольше.
Ученые также проверили, можно ли использовать материал в прикладных устройствах. Для этого они приготовили пасту для трафаретной печати и нанесли слой люминофора на подложку из нитрида алюминия. Образцы показали яркое и равномерное зеленое излучение при УФ-возбуждении. Затем по нанесенному слою выполнили лазерную гравировку изображения.
«В данной работе метод дуговой плазмы использовали для синтеза многокомпонентной оксидной керамики на основе порошков оксидов алюминия, цинка, магния, стронция и европия. Синтез проводили с использованием установки, разработанной в ТГАСУ для плазменного плавления тугоплавких материалов. Образец помещали в графитовый тигель и подвергали воздействию потока плазмы в течение 60 секунд. В результате был получен объемный поликристаллический образец», — добавил ведущий научный сотрудник учебно-научной лаборатории «Наноматериалы и нанотехнологии» ТГАСУ Валентин Шеховцов.
После синтеза исследователи изучили фазовый и количественный состав образцов, а также спектры отражения, фотовозбуждения и фотолюминесценции. Эти данные подтвердили, что дуговая плазма подходит для получения многофазной керамики с длительным послесвечением.
Результаты работы показывают, что быстрый плазменный синтез может стать альтернативой традиционным высокотемпературным методам. Такой подход упрощает получение сложных люминесцентных материалов и может ускорить их внедрение в системы освещения, маркировки и безопасности.
Новый подход основан на дуговой плазме. Он позволяет за один этап и примерно за одну минуту получить керамику на основе оксидов алюминия, магния, стронция и цинка, легированных оксидом европия. Такой материал может накапливать энергию после УФ-воздействия и затем постепенно отдавать ее в виде видимого света.
Материалы с длительной люминесценцией используют в энергоэффективном освещении, аварийных указателях, системах безопасности, вывесках и дисплейных технологиях. Их работа связана с так называемыми ловушками для электронов. После возбуждения светом электроны переходят в зону проводимости, затем задерживаются в дефектах структуры и медленно высвобождаются. Поэтому материал продолжает светиться уже после прекращения внешнего воздействия.
Обычно такие керамики получают при температуре 1300–1500 градусов Цельсия в восстановительной атмосфере. Для этого нужны специальные печи, длительная обработка и строгие меры безопасности. Томские исследователи предложили заменить этот процесс дуговым плазменным синтезом.
«Метод дуговой плазмы позволил быстро, за 60 секунд, в один этап получить многофазную люминесцентную керамику на основе оксидов алюминия, магния и стронция, цинка, легированных оксидом европия. Кроме того, метод обеспечивает необходимые восстановительные условия для стабилизации европия без использования внешней восстановительной атмосферы или постобработки», — рассказал один из авторов исследования, доцент отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ Дамир Валиев.
По его словам, полученная керамика хорошо поглощает излучение в УФ-синей области спектра. При более высоком уровне легирования европием исследователи зафиксировали более длительное затухание свечения. Это указывает на образование более глубоких дефектных ловушек, которые удерживают электроны дольше.
Ученые также проверили, можно ли использовать материал в прикладных устройствах. Для этого они приготовили пасту для трафаретной печати и нанесли слой люминофора на подложку из нитрида алюминия. Образцы показали яркое и равномерное зеленое излучение при УФ-возбуждении. Затем по нанесенному слою выполнили лазерную гравировку изображения.
«В данной работе метод дуговой плазмы использовали для синтеза многокомпонентной оксидной керамики на основе порошков оксидов алюминия, цинка, магния, стронция и европия. Синтез проводили с использованием установки, разработанной в ТГАСУ для плазменного плавления тугоплавких материалов. Образец помещали в графитовый тигель и подвергали воздействию потока плазмы в течение 60 секунд. В результате был получен объемный поликристаллический образец», — добавил ведущий научный сотрудник учебно-научной лаборатории «Наноматериалы и нанотехнологии» ТГАСУ Валентин Шеховцов.
После синтеза исследователи изучили фазовый и количественный состав образцов, а также спектры отражения, фотовозбуждения и фотолюминесценции. Эти данные подтвердили, что дуговая плазма подходит для получения многофазной керамики с длительным послесвечением.
Результаты работы показывают, что быстрый плазменный синтез может стать альтернативой традиционным высокотемпературным методам. Такой подход упрощает получение сложных люминесцентных материалов и может ускорить их внедрение в системы освещения, маркировки и безопасности.
