события

        

Новую прозрачную нанокерамику для сенсоров и лазеров создали на Урале.

Новая прозрачная нанокерамика, которую синтезировали ученые УрФУ и УрО РАН, поможет создавать светоизлучающие устройства, датчики, сенсоры, устройства связи и лазеры. Она обладает достаточной оптической прозрачностью для пропускания квантов света, а также имеет хорошие люминесцентные свойства. Подробную информацию о новой нанокерамике и методах ее получения ученые опубликовали в журнале Ceramics international. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (№ 23-72-01024) и программы «Приоритет-2030». Экспериментальные работы проводились в Институте химии твердого тела УрО РАН в рамках государственного задания (АААА-А19-119031890025-9).
39gu-full.jpg

«Наша нанокерамика состоит из наночастиц алюминиево-магниевой шпинели. Для шпинели показатель преломления изотропен, поскольку кристаллическая структура сформирована кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. Это позволяет снизить рассеяние в нанокристаллах и добиться улучшенных оптических характеристик. Также мы добавили металлы группы железа в качестве ионов активаторов, а именно ионы хрома, чтобы функционализировать керамику в красном спектральном диапазоне», — поясняет заведующий лабораторией радиационного контроля и твердотельной дозиметрии УрФУ Арсений Киряков.

Как добавляет Арсений Киряков, исследователи обнаружили, что кинетика фотолюминесценции составляет 4,74 миллисекунды. Этот показатель выше, чем у аналогичных разработок, и, кроме того, данный параметр является чувствительным к режимам синтеза, что позволяет управлять фотолюминесцентными характеристиками. Таким образом, физики получили оптически прозрачную нанокерамику, обладающую люминесцентными свойствами, которую можно использовать в различных областях — например, в оптоэлектронике или устройствах связи.

Прозрачная нанокерамика — это вид оптических материалов, который обладает способностью пропускать свет в видимой части спектрального диапазона, а также электромагнитные волны в УФ- и ИК-диапазонах. Для достижения оптической прозрачности, достаточной для пропускания света, необходимо избавиться от всевозможных дефектов — пустот, пор, микротрещин. Если дефекты слишком большого размера, то они ограничивают прозрачность керамики, в результате чего свет не проходит и рассеивается.

«Дефекты оказывают большое влияние на оптическую прозрачность материала. Дело в том, что глазами мы видим свет в диапазоне от 380 до 700 нанометров. Если дефекты будут соразмерны этому значению, то кванты света будут взаимодействовать с ними и рассеиваться, а материал в целом перестанет быть прозрачным», — объясняет Арсений Киряков.

Для создания прозрачной керамики ученые использовали неклассическую технологию. Традиционные способы предполагают нагревание керамики до 1,5 тыс. ℃ с одновременным давлением в 300 MPa, в результате чего наночастицы слипаются друг с другом, формируя крупные зерна. При таком подходе нейтрализуются макродефекты, увеличиваются границы зерен, вытесняются поры и в совокупности материал становится прозрачным. Однако у этого способа есть ряд недостатков, таких как сегрегация примеси на границе зерен, крайне широкое распределение зерен по размерам, а также он неэффективен с экономической точки зрения.

«Чтобы избавиться от дефектов и добиться оптической прозрачности, мы использовали технологию термобарического прессования. То есть мы спрессовали наночастицы между собой под высоким давлением, а температуру снизили до 600 ℃. В результате дефекты вытеснили за пределы границы зерен, при этом сохранив размер самих наночастиц», — поясняет Арсений Киряков.

В будущем физики проведут экспериментальные работы, которые помогут определить новые направления для улучшения эффективности нанокерамики.

Справка

Магниево-алюминиевая шпинель — это минерал, который состоит из оксидов магния (MgO) и алюминия (Al2O3).
Магниево-алюминиевая шпинель имеет твердость 8 по шкале Мооса, что делает ее очень твердым материалом. Она также обладает высокой устойчивостью к кислотам и щелочам, а также к высоким температурам, что делает ее полезным материалом в различных промышленных процессах. Этот материал особенно востребован в металлургии, химической промышленности, важен для создания изоляторов, подложек и других электрокомпонентов.
По данным Statista, в 2022 году размер рынка прозрачной нанокерамики составлял 548 млн долларов США. В 2016 году данный показатель составлял 194 млн долларов, то есть в два с лишним раза меньше.

Информация предоставлена Отделом научных коммуникаций УрФУ

Источник: https://scientificrussia.ru/articles/novuu-prozracnuu-nanokeramiku-dla-sensorov-i-lazerov-sozdali-na-urale

подписка на публикации

последние события

19.04.24

«Росэлектроника» впервые показала линейку новых чип-конденсаторов

Изделия обладают рабочими характеристиками на уровне мировых аналогов и могут применяться в составе мощной герметизированной аппаратуры для обеспечения телерадиосвязи и спутниковой навигации.

читать далее
16.04.24

Петербургская компания запустила производство SMD–плат в Муроме

«НПФ Маринэк» приступил к выпуску SMD–плат в Муроме.

читать далее
12.04.24

День космонавтики. Мы первые!

12 апреля во всем мире провозглашен Международным днем полета человека в космос. 

читать далее
09.04.24

Япония и США укрепляют сотрудничество в сфере полупроводников и искусственного интеллекта

Премьер-министр Японии Фумио Кисида и президент США Джо Байден на предстоящем в апреле саммите в Вашингтоне подпишут соглашение об укреплении двустороннего сотрудничества в области искусственного интеллекта и полупроводниковых технологий.

читать далее
05.04.24

Почему Индия хочет, но пока не может стать новым полупроводниковым хабом

Почему многие компании не спешат инвестировать в Индию?

читать далее
03.04.24

Тайваньская компания TSMC объявила об эвакуации своих заводских площадок на острове

Крупнейший мировой производитель чипов, выпускающий микросхемы для Apple и Nvidia, пошёл на такой шаг после серии сильных землетрясений.

читать далее
02.04.24

Производство полупроводников в Южной Корее показало самый большой рост за последние 14 лет

Одним из основных факторов роста вновь выступило развитие искусственного интеллекта.

читать далее
01.04.24

20 млрд рублей планирует вложить ГК «Элемент» в производство диодов и транзисторов

Эти компоненты будут производить на заводе «Микрон».

читать далее


Помощник Помощник