Керамические источники света дадут фору светодиодам

За последнее время мы успели привыкнуть, что конструкция электроламп, освещающих наши дома и квартиры, меняется быстрее, чем срок их службы. Но даже у самых совершенных лампочек есть один схожий недостаток - их легко разбить. Эта проблема особенно остра в тех случаях, когда источник света эксплуатируется в сложных условиях, например в автомобильных фарах и уличных фонарях.

Свое решение этой задачи предложили ученые Томского политехнического университета (ТПУ) - они разрабатывают технологию получения люминесцентной керамики, на основе которой можно сделать источник света высокой прочности.

Работы в этом направлении ведут исследователи кафедры наноматериалов и нанотехнологий и Нано-центра ТПУ под руководством Олега Хасанова. Разработки проводятся совместно с кафедрой лазерной и световой техники.

А началось все с того, что в ТПУ научились изготавливать прозрачную керамику, которая применяется в оптике, а также в оборонной промышленности для бронирования стекол. После этого возникла идея добавить в состав люминофор - вещество, способное преобразовывать энергию в световое излучение.

- В зависимости от состава люминофора можно получить разное свечение - белое, синее, желтое и так далее, вплоть до инфракрасной части спектра. Для этого мы подбираем оптимальные добавки люминофоров в составе прозрачного керамического материала. Кстати, в этом преимущество наших источников перед светодиодами, излучающими в узком диапазоне спектра, - поясняет доктор технических наук Олег Хасанов.

Изделия из нанокерамики в ТПУ получают на установке спарк-плазменного спекания. Керамический порошок помещается в электропроводящую пресс-форму, способную выдерживать высокие температуры и давление. Далее материал нагревается импульсным током высокой частоты и одновременно прессуется. Процесс занимает считанные минуты.

В зависимости от состава люминофора можно получить разное свечение - белое, синее, вплоть до инфракрасного

После того как исследователи разработают технологию получения керамики с необходимыми характеристиками свечения, они перейдут к следующему этапу - выбору оптимальной формы источников света. Ведь люминофор будет светиться не только на поверхности керамического изделия, но и в его толще. Важно, чтобы этот свет выходил наружу, не пропадал понапрасну.

- В массовом производстве источники света из люминесцентной нанокерамики обойдутся дешевле, чем, к примеру, современные светодиоды с более сложной электронной структурой, - уверен директор Нано-центра Олег Хасанов.

Еще одно перспективное направление использования люминесцентной керамики - замена монокристаллов в твердотельных лазерах. Лазеры такого типа используются достаточно широко - от компьютерной мыши до сканера штрих-кодов, но их применение в промышленности сдерживает ограничение по мощности. Дело в том, что для мощного лазера необходим большой монокристалл, не имеющий дефектов. Получить такой материал очень сложно и дорого. Кроме того, для кристалла каждого типа характерна определенная волна лазерного излучения и перестроить ее на другой диапазон нельзя. В случае же с люминесцентной керамикой можно, во-первых, создавать материал с заданными оптическими свойствами, а во-вторых, изготовить крупногабаритное изделие, обеспечивающее большую мощность лазера.

- Такой материал в перспективе может использоваться при изготовлении активных лазерных сред, - считает доцент Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ Дамир Валиев. - Наша задача - определить оптимальное соотношение допирующих (то есть умышленно вводимых. - Прим. ред.) примесей и условий синтеза керамики, чтобы в результате получить материалы с наилучшими оптико-люминесцентными свойствами.