Учёные из Томска сделали открытие, которое может изменить подход к производству специальных светящихся материалов. Исследователи Томского политехнического университета совместно с коллегами из ТГАСУ и Томского научного центра СО РАН создали люминесцентную керамику — материал, который способен накапливать световую энергию и отдавать её обратно в виде видимого свечения. Причём сделать это удалось всего за одну минуту и в один этап. Результаты опубликованы в авторитетном международном журнале Ceramics International.
Что такое люминесцентная керамика и зачем она нужна?
Если вы когда-нибудь видели светящиеся в темноте наклейки, стрелки на эвакуационных выходах или циферблаты часов — вы уже знакомы с принципом люминесценции. Такие материалы поглощают свет, а потом медленно отдают его обратно — иногда часами.
Подобные свойства делают их незаменимыми сразу в нескольких областях: аварийная сигнализация, энергоэффективное освещение, защита документов от подделок, медицинская визуализация и даже оптическая память. Лучшими среди таких материалов считаются оксидные керамики на основе алюминатов стронция — они яркие, химически стабильные и долго светятся.
Проблема одна — делать их сложно и дорого. Традиционный способ требует нагрева до 1300–1500 °C в специальных дорогостоящих печах с восстановительной атмосферой. Процесс занимает много времени и требует строгого соблюдения техники безопасности.
Как томские учёные решили эту проблему?
Исследователи предложили принципиально другой подход — метод дуговой плазмы. Суть проста: смесь порошков оксидов алюминия, магния, стронция, цинка и европия помещают в графитовый тигель и подвергают воздействию мощного потока плазмы. Всего 60 секунд — и готово.
«Метод дуговой плазмы позволил быстро, за 60 секунд, в один этап получить многофазную люминесцентную керамику. Кроме того, метод обеспечивает необходимые восстановительные условия без использования внешней восстановительной атмосферы или постобработки», — объясняет доцент ТПУ Дамир Валиев.
Установку для эксперимента разработали в ТГАСУ. «Образец помещали в графитовый тигель и подвергали воздействию потока плазмы в течение 60 секунд. В результате был получен объёмный поликристаллический образец», — добавляет ведущий научный сотрудник ТГАСУ Валентин Шеховцов.
Что получилось в итоге?
Керамика, созданная новым методом, показала устойчивое свечение и хорошие характеристики поглощения ультрафиолетового и синего света. Чем больше в составе активирующего элемента — европия — тем дольше материал светится после выключения источника света.
Чтобы проверить практическую ценность разработки, учёные пошли дальше. Они приготовили специальную пасту из синтезированного люминофора и нанесли её методом трафаретной печати на подложку из нитрида алюминия. Результат — яркое равномерное зелёное свечение. Затем по нанесённому слою прошлись лазером и получили чёткий рисунок любой формы.
Это открывает широкие возможности: такие материалы можно использовать для создания светящихся вывесок, элементов систем безопасности, дисплеев и даже защитных меток на документах.
Почему это важно?
Новый метод радикально упрощает и удешевляет производство люминесцентной керамики. Вместо сложного многочасового процесса в дорогих печах — одна минута и никакого специального оборудования для создания восстановительной атмосферы. При этом качество материала не уступает традиционным аналогам, а в некоторых характеристиках даже превосходит их.
Исследование уже опубликовано в журнале первого квартиля Ceramics International.
Первые новости
