Сотрудники Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха разработали новый метод синтеза керамики, необходимый для производства люминофоров — веществ, преобразующих поглощенную световую, механическую и тепловую энергии в световое излучение. На их основе создают «белые» светодиоды, люминесцентные лампы и т.п. Уникальная технология обладает высокой производительностью, позволяет создавать новые устойчивые материалы с заданными свойствами, а также получать их за более короткий срок.

Исследование проводится при поддержке гранта Российского научного фонда (№ 23–73–0010). Результаты работы опубликованы в журнале Materials.

Синтез керамики осуществляется путем спекания образцов из порошков исходных оксидов при воздействии на них мощного электронного луча. Технология получения люминофоров способна заменить зарубежные аналоги и решить проблему дефектов в структуре материалов.

«Технология с использованием высокоэнергетических электронных пучков позволяет получить материал определенной структуры с определенными свойствами. Уникальность технологии в том, что синтез происходит за очень короткое время — порядка 1 сек. При этом в процессе синтеза мы не используем дополнительных связующих, которые как правило осуществляют синтез или ускоряют катализаторы. То есть не привнося дополнительных материалов, которые могут оставлять свои структуры, мы получаем материал в более чистых условиях», — рассказала профессор отделения материаловедения ТПУ Елена Полисадова.

В ходе исследования ученые изучили структуру и люминесцентные свойства керамических образцов, а также влияние параметров электронного пучка и состава компонентов на конечный результат. Полученные данные лягут в основу методов производства новых типов керамики. К тому же, высокая скорость синтеза обеспечивает высокую производительность.

«Оперативно отслеживая свойства получившегося материала, мы можем внести изменения в компоненты, соотношения и технологические условия и произвести синтез еще раз, добиваясь нужного эффекта. Тогда как традиционные методы синтеза занимают десятки часов и даже недели. И если на производстве случится сбой и материал получится с незапланированными свойствами, изменить это уже нельзя. А экспрессность нашего синтеза позволяет отслеживать и регулировать эти моменты, добиваясь нужных свойств материала. Работа направлена на выявление тонких закономерностей с целью научиться получать материал с регулируемыми свойствами», — говорит Елена Полисадова.

Политехники уже занимаются синтезом сложных составов на основе оксида галлия и оксида алюминия. Это позволит получать перспективные материалы для нового поколения электроники.

«Еще один плюс технологии — возможность получать сложные композитные материалы, которые невозможно получить другими методами. Мы смешали вещества, подвергли их воздействию мощного электронного пучка и получили новый композит. Мощное короткое воздействие позволяет преодолеть все ограничения. Перспектива — в синтезе сложных многокомпонентных уникальных материалов», — подытожила профессор отделения материаловедения ТПУ.