Исследование поддержано грантом РНФ (№ 25-29-00590). Результаты работы опубликованы в журнале Ceramics International (Q1, IF: 5,6).
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.
Источник: Пресс –служба ТПУ