Ученые из Томского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук смогли синтезировать люминофоры широкого спектра для светодиодной техники, используя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Они часто используются в производстве белых светодиодов. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials letters.
Процесс изготовления люминофоров включает в себя два основных шага. Сначала исходные материалы (кремний и оксид европия) подвергаются механоактивации в специальной шаровой мельнице в течение пяти минут. Это способствует более тщательному перемешиванию и однородному распределению порошка за счет увеличения контакта между кристаллами кремния и оксида европия. После этого проводится высокотемпературная реакция горения, в результате которой образуется нитрид кремния с внедренным в его кристаллическую решетку оксидом европия. Именно это формирует особые светящиеся центры, которые проявляются при облучении ультрафиолетом.
Оксид европия, часто применяемый в люминесцентных материалах, имеет яркое и широкое свечение. Он может излучать свет даже при сравнительно слабом возбуждении и долго сохранять свечение после того, как возбуждение прекратилось. Когда элемент возбуждается, электроны материала поднимаются на более высокие энергетические уровни, а после окончания возбуждения возвращаются обратно, излучая свет. Цвет этого свечения зависит от конкретных энергетических уровней, в которых находятся электроны европия.
Полученный материал светится в синих (около 439 нм) и желто-зеленых (около 560 нм) участках видимого спектра, а также проявляет фосфоресценцию в красной области (примерно от 616 до 632 нанометров). Эксперименты показали, что при увеличении доли оксида европия в исходной смеси происходит усиленное смещение фосфоресцентных спектров в сторону красного цвета. Для изучения этого эффекта были подготовлены четыре образца с разным содержанием оксида европия — 1 %, 3 %, 5 % и 7 % от общей массы смеси.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) является альтернативой твердофазному синтезу, для осуществления которого требуются дорогостоящие высокотемпературные печи и уже готовые материалы, а сам процесс получения материалов 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
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как в России были презентованы нанотермометры без редкоземельных элементов.