Ученым Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) удалось ускорить процесс получения керамических люминофоров — веществ, которые преобразуют поглощаемую энергию в световое излучение, обеспечивая тем самым люминесценцию. Результаты исследования, опубликованного в Journal of Advanced Ceramics, могут найти применение в производстве светодиодов, которые используются для автомобилей, туннелей и аэродромов.
Люминофоры изготавливаются из порошков алюмоиттриевого граната (смеси оксида алюминия и иттрия) и церия (пластичного редкоземельного металла серебристого цвета) методом вакуумного спекания — высокотемпературного спаивания частиц твердых веществ, которое происходит в безвоздушной камере. В результате из исходного сырья получается керамический композит (материал, состоящий из двух и более веществ), который фиксируется внутри светодиода с помощью кремнийорганических смол, широко применяющихся в строительстве.
Ученые Дальневосточного федерального университета предложили использовать для получения люминофоров новый подход — реакционное искровое плазменное спекание, при котором нагрев вещества происходит за счет пропускания импульсов электрического тока. Это позволило уменьшить температуру спекания на 20 % в сравнении с вакуумным методом, а также сократить продолжительность процесса в 10–20 раз. Помимо алюмоиттриевого граната, легированного церием, роль исходного вещества при создании композита играл оксид алюминия — термически стабильный компонент, благодаря которому теплопроводность полученного керамического материала была в 15 раз выше, чем у исходных порошков.
Авторы исследования на последнем этапе создали светодиод с новым люминофором. Испытания показали, что частицы оксида алюминия изменяют распространение света в люминофоре. Это обеспечивает однородность цвета светодиода и высокую эффективность свечения (80,7 %). Такие характеристики особенно важны для сверхъярких белых светодиодов, которые применяются в поисково-спасательных работах, а также при создании подводных и летательных аппаратов.
«Для решения широкого спектра вопросов и задач современной фотоники требуется создание белых светодиодов на основе полностью неорганических и термически стойких люминофоров. Это позволит использовать их при высоких мощностях, что, в свою очередь, обеспечит сверхъяркий свет в таких устройствах. Также освещение должно быть экономически эффективным. Поэтому и возникла необходимость в создании новой формы люминофора, который обладал бы как высокими показателями светоотдачи и однородности цвета, так и теплопроводности и термической стойкости», — цитирует Российский научный фонд кандидата технических науки и профессора ДВФУ Дениса Косьянова. По его словам, сейчас ученые заняты производством серийных опытных образцов новых люминофоров, а также созданием макетов осветительных устройств на их основе.
