Люминофоры широкого спектра для светодиодной техники синтезированы в волне горения

Сотрудники Томского научного центра СО РАН, используя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), получили люминесцентный материал с широким спектром свечения на основе нитрида кремния и оксида европия.

Такие люминофоры востребованы при разработке белых светодиодов, в основе действия которых лежит принцип смешивания светодиодов нескольких цветов. Полученные результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале Materials letters.

«СВС является прекрасной 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 2 000 °C. В результате образуется нужный продукт, люминесцентные свойства которого можно варьировать», — пояснила старший научный сотрудник лаборатории функциональных керамических материалов ТНЦ СО РАН кандидат технических наук Ольга Крюкова.

Процесс получения люминофоров состоит из двух этапов. Сначала исходные компоненты — кремний и оксид редкоземельного металла европия, в течение пяти минут проходят механоактивацию в специальной шаровой мельнице, что позволяет лучше перемешать их между собой и обеспечить однородность порошка за счёт увеличения контакта между кристаллами кремния и оксида европия. Затем наступает черёд высокотемпературной реакции горения: в результате получается нитрид кремния, в кристаллическую решётку которого внедрился оксид европия, образуя особые центры свечения, видимые при воздействии ультрафиолетовым излучением.

Дело в том, что этот часто используемый люминесцентный редкоземельный элемент, обладая интенсивным и широким спектром свечения, способен излучать яркий свет при относительно низком уровне возбуждения и сохранять свечение на протяжении довольно длительного времени после прекращения возбуждения. В момент возбуждения электроны европия переходят на более высокие энергетические уровни, а после снятия возбуждения они возвращаются на более низкие уровни, излучая свет, при этом цвет свечения зависит от энергетических уровней европия.

Как отметила Ольга Геннадьевна, полученный материал проявляет флуоресценцию в синей (439 нм) и жёлто-зелёной (560 нм) областях спектра видимого света, а также фосфоресценцию в красной области свечения (примерно 616—632 нанометров). Проведённые эксперименты показали, что чем больше в исходную смесь добавляется оксида европия, тем сильнее наблюдается смещение спектров фосфоресценции в красную область. Для этого были исследованы четыре вида образцов, куда соответственно добавили 1, 3, 5 и 7 % оксида европия от общей массы исходной смеси. Спектрально-люминесцентные свойства полученных методом СВС продуктов на базе Томского государственного университета с помощью спектрофлуориметра Cary Eclipse изучил доцент кафедры оптики и спектроскопии ТГУ Руслан Гадиров.

В Томском научном центре СО РАН продолжаются работы по созданию люминофоров, обладающих высокими показателями светоотдачи и однородности цвета, теплопроводности и термической стойкости. В качестве легирующей добавки учёные взяли оксиды и других редкоземельных металлов — церия и празеодима. Свойства полученных материалов исследуются.

Источник: Минобрнауки России.