Новый метод производства люминофорной керамики, необходимой для производства диодов, лазеров и других фотонных приборов, разработали ученые Томского политеха. Новая импортозамещающая технология, по словам создателей, отличается от аналогов высокой производительностью и возможностью точно управлять свойствами продукта. Результаты опубликованы в журнале Materials.

Люминофоры – вещества, преобразующие поглощаемую световую, механическую или тепловую энергию в световое излучение. Они используются в фотонике для изготовления люминесцентных ламп, светодиодов, индикаторов излучения и других приборов.

Применяемые сегодня методы синтеза люминофорной керамики, по словам специалистов, часто приводят к возникновению дефектов в структуре материала. Это связано с низкой управляемостью процессов в ходе твердофазных реакций, а также с использованием вспомогательных веществ, продукты разложения которых остаются в керамике, снижая ее качество.

Специалисты инженерной школы новых производственных технологий Томского политехнического университета предложили уникальный метод синтеза люминофорной керамики. По словам авторов, его отличия от аналогов – возможность точного управления свойствами продукта, высокие скорость и производительность.

"Особенность метода состоит в применении высокоэнергетического электронного пучка, под действием которого идет спекание порошков исходных оксидов. Разработка прежде всего ориентирована на создание в России импортонезависимого производства люминофоров для светодиодов, но в перспективе она позволит создавать широкий спектр материалов для современной фотоники", – рассказала профессор отделения материаловедения Томского политеха Елена Полисадова.

В рамках новой технологии ученые создали метод промышленного получения иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами церия, – ключевого материала для производства диодов с белым светом.

"Наша технология получения люминофорной керамики – самая быстрая из существующих, за одну секунду синтезируется сразу 10–20 граммов вещества. Смесь порошков подвергается мощному воздействию потока электронов, что приводит к радиолизу, то есть распаду оксидов на ионы с последующим соединением", – объяснила Полисадова.

В ходе исследования ученые проанализировали влияние параметров электронного пучка и состава компонентов на конечный продукт. Эти данные станут основой для методов производства новых типов керамики, необходимых для создания фотосенсоров, лазеров, устройств фотовольтаики и других приборов, отметили в Томском политехе.

"Предложенный нами подход позволяет спекать разные вещества, оперативно меняя состав компонентов. Благодаря этому можно не только синтезировать керамику сложного состава, но и быстро выяснять закономерности влияния различных компонентов на свойства конечного продукта", – рассказала Елена Полисадова.

Исследование проводится при поддержке гранта Российского научного фонда №23-73-00108. В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить разработку универсальных технологий радиационного синтеза материалов на основе тугоплавких соединений.

Томский политех является участником государственной программы поддержки вузов "Приоритет-2030".