Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами разработали новый метод получения наноструктурированной керамики на основе оксида галлия. Синтез материала, который применяют в газовых сенсорах и силовой электронике, занимает всего 10 секунд и не требует дополнительных модификаторов и катализаторов. Это делает итоговые образцы исключительно чистыми и снижает количество дефектов внутри их структуры.
Новый метод предполагает получение керамики под действием мощного потока электронов с энергией 1,4-2,5 МэВ. В ходе экспериментов, проводимых на стенде ЭВЛ-6 в Институте ядерной физики им. Будкера СО РАН, установка генерировала непрерывный пучок высокоэнергетических электронов, который выводился в открытую атмосферу через систему дифференциальной откачки и направлялся на смесь порошкообразных материалов.
За счет сканирования луча и движения тигля мы смогли облучить каждую элементарную область поверхности порошка в течение одной секунды. Общее время синтеза для всей пластины размером 10×5 см не превышает 10 секунд. Для успешного протекания процесса необходима пороговая плотность мощности около 1,5 кВт/см². При этом, варьируя мощность электронного пучка и его энергию, можно управлять структурой керамики: при оптимальных параметрах эффективность синтеза достигает 100%, а масса готового образца составляет до 70 граммов. Размер образующихся кристаллитов при этом стабильно находится в нанометровом диапазоне — около 80 нм, это важно для создания чувствительных элементов электроники и оптоэлектроники.
По словам ученых, особый интерес вызвали люминесцентные свойства готовых образцов. Методом спектрометрии с временным разрешением они изучили динамику спектра катодолюминесценции в ультрафиолетовой и видимой области и обнаружили «быстрое» и «медленное» свечение.
Такое поведение связано с наличием в кристаллической решетке кислородных вакансий и более сложных дефектов, которые управляют переносом энергии, считают исследователи. Таким образом, простота, скорость и чистота радиационного синтеза открывают путь к промышленному производству наноструктурированных оксидных материалов с заданными дефектными центрами и высокими характеристиками для эксплуатации.
Полученная нанокерамика может применяться в электронике, солнечно-слепых фотодетекторах, сенсорике, сцинтилляционной технике и для прозрачных проводящих покрытий.
Ранее мы рассказывали, как новый квантовый алгоритм решил «невозможную» задачу за секунды.
