Механическая шероховатость усиливает свечение люминесцентной керамики: подход ТПУ
Одна из ключевых проблем современной оптоэлектроники и светодиодных технологий — повышение эффективности преобразования излучения люминесцентных материалов. Традиционные люминофоры в виде порошков обладают высокой эффективностью преобразования, но отличаются низкой теплопроводностью и склонны к деградации. Керамические материалы практически лишены этих недостатков, однако в плотной поликристаллической среде значительная часть генерируемого света теряется из-за полного внутреннего отражения на гладкой поверхности.
Материаловеды ТПУ применили технологию постобработки светящейся керамики, основанную на механической модификации поверхности. Cуществующие подходы вроде химического травления или плазменной обработки требуют агрессивных реагентов и специального оборудования либо изменяют состав поверхности. Механическая модификация не меняет состав материала, но позволяет управлять его оптическим откликом. При этом ранее влияние механической шероховатости на люминесценцию изучалось преимущественно для однослойных керамик, тогда как работа учёных ТПУ стала первым систематическим исследованием функционально-градиентной структуры.
Учёные получили образцы функционально-градиентной керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного иттрием, и иттрий-алюминиевого граната с добавками церия и европия. Обработку вели абразивной бумагой из карбида кремния разной зернистости. Это позволило точно регулировать шероховатость поверхности, а реакция материала на обработку зависела от его состава и микроструктуры.
Для композита с церием рост шероховатости до 0,83 мкм поднял эффективность фотолюминесценции с 20% до 24%. Крупнозернистая структура абразива позволила удалять повреждённый поверхностный слой, не затрагивая крупные люминесцентные центры церия, и доступ к активным областям восстанавливался. В мелкозернистых системах с европием обработка люминесценцию не ухудшает, но и улучшения не даёт.
В исследованиях принимали участие сотрудники Научно-образовательного инновационного центра «Наноматериалы и нанотехнологии» и Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха.
По материалам: https://www.rlocman.ru/