В Томске синтезировали люминофоры широкого спектра для светодиодной техники
«СВС является прекрасной альтернативой твердофазному синтезу, для осуществления которого требуются дорогостоящие высокотемпературные печи и уже готовые материалы, а сам процесс довольно длительный. Главное преимущество СВС — быстрота (занимает считанные минуты) и возможность протекания реакции в самоподдерживающемся режиме с достижением температуры около 2000 °C. В результате образуется нужный продукт, люминесцентные свойства которого можно варьировать», — пояснила участвовавшая в исследовании старший научный сотрудник лаборатории функциональных керамических материалов ТНЦ СО РАН, кандидат технических наук Ольга Крюкова.
Процесс получения люминофоров, предложенный томскими учеными, состоит из двух этапов. Сначала исходные компоненты, кремний и оксид редкоземельного металла европия, в течение 5 минут проходят механоактивацию в специальной шаровой мельнице, что позволяет лучше перемешать их между собой и обеспечить однородность порошка. Затем наступает черед высокотемпературной реакции горения: в ее результате получается нитрид кремния, в кристаллическую решетку которого внедрился оксид европия, образуя особые центры свечения, видимые при воздействии ультрафиолетового излучения.
«Дело в том, что этот часто используемый люминесцентный редкоземельный элемент, обладая интенсивным и широким спектром свечения, способен излучать яркий свет при относительно низком уровне возбуждения и сохранять свечение на протяжении довольно длительного времени после прекращения возбуждения. В момент возбуждения электроны европия переходят на более высокие энергетические уровни, а после снятия возбуждения они возвращаются на более низкие уровни, излучая свет, при этом цвет свечения зависит от энергетических уровней европия», — отметила Ольга Крюкова.
Результаты изучения спектрально-люминесцентных свойств, проведенного на базе Томского государственного университета, показали, что полученный материал проявляет флуоресценцию в синей (439 нм) и желто-зеленой (560 нм) областях спектра видимого света, а также фосфоресценцию в красной области свечения (примерно 616–632 нм). При этом, чем больше в исходную смесь добавляли оксида европия, тем сильнее наблюдалось смещение спектров фосфоресценции в красную область.
Ученые ТНЦ СО РАН продолжают работы по созданию люминофоров, обладающих высокими показателями светоотдачи и однородности цвета, теплопроводности и термической стойкости. В качестве легирующих добавок, помимо европия, они используют также оксиды других редкоземельных металлов — церия и празеодима.