КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 21-13-00102
НазваниеНовые молибдаты, вольфраматы и фосфаты для светодиодных устройств и люминесцентных датчиков температуры
РуководительЛазоряк Богдан Иосипович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2021 г. - 2023 г. |
Конкурс№55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов
Ключевые словахимия твердого тела, люминофоры, светодиоды, люминесцентные датчики температуры, несоразмерно-модулированные структуры, просвечивающая электронная микроскопия.
Код ГРНТИ31.17.15
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время в мире ведется активный поиск эффективных «красных» люминофоров для создания светодиодов (White Light Emitting Diodes (WLED)), характеризующихся высокой стабильностью, компактностью, высокой эффективностью люминесценции при возбуждении ближним УФ излучением, большим временем жизни и низкой стоимостью. Интерес к поиску красных люминофоров в современных трехцветных (красный-зеленый-синий (RGB матрица)) люминофорах для InGaN-LED чипов обусловлен низким свечением люминофора Y2O2S:Eu3+, излучающего в красной области видимого света, по сравнению со свечением «зеленого» (ZnS:(Cu+, Al3+)) и «синего» (BaMgAl10O17:Eu2+) люминофоров (состав приведен для WLED фирмы Samsung). Так как используемый красный люминофор не может эффективно поглощать ближнее УФ излучение, и яркость его свечения в 8 раз меньше, чем синего и зеленого люминофоров, то для создания эффективного WLED необходимо использовать смесь, содержащую 80 % «красного», 10 % «зеленого» и 10 % «синего» люминофора.
В последнее десятилетие мировой рынок светодиодов быстро расширяется. Основными движущими силами рынка WLED являются: популяризация применения светодиодов в осветительных приборах и устройствах; развитие рынка мобильных устройств (телефоны, ноутбуки и т.п.); снижение цен при улучшении потребительских свойств самих светодиодов. При исследовании технологических и рыночных перспектив светодиодов рассматриваются две основные группы устройств: неорганические и органические светодиоды. Неорганические светодиоды характеризуются высокой механической прочностью, малыми размерами, значительной энергетической эффективностью и высокой скоростью переключения. Основными направлениями технологического совершенствования неорганических светодиодов является повышение светоотдачи и срока службы при снижении стоимости. Решение этих задач предъявляет спрос как на инженерно-конструкторские разработки, так и на проведение фундаментальных исследований.
Актуальным направлением исследований и разработки новых люминесцентных материалов разного элементного состава и с различной структуры является также их использование в качестве термографических люминофоров или люминесцентных термометров. Такие люминесцентные термометры в настоящее время находят себе применение для измерения температуры теплозащитных покрытий (ТЗП) деталей газовых турбин, которые позволяют металлическим частям турбин выдерживать высокие температуры и продлевать их время жизни в горячей секции двигателей. Люминесцентные материалы для измерения температуры, нанесенные на поверхность ТЗП, выступают в роли «сенсоров эрозии» ТЗП. По сравнению с другими термографические люминофоры отличаются рядом преимуществ: 1) измерение температуры не требует непосредственного контакта с измеряемой поверхностью, в отличие от термопар; 2) термографические люминофоры, в отличие от ИК-пирометров, нечувствительны к интерференции отраженного от измеряемой поверхности излучения; 3) доступная для измерений толщина в среднем больше, чем глубина проникновения ИК. По этим причинам термографические люминофоры находят себе применение там, где использование других средств затруднительно или невозможно: измерение температуры внутри турбин или двигателей внутреннего сгорания; измерение температуры в интенсивных магнитных полях (ЯМР-терапия); измерение температуры быстро движущихся объектов (газовые потоки); измерение температуры клеточных потоков или микроэлектронных схем.
Молибдаты, вольфраматы и фосфаты со структурой шеелита (CaWO4) и пальмиерита (K2Pb(SO4)2), содержащие редкоземельные катионы, рассматриваются как потенциальные материалы для WLED, твердотельных лазеров и в качестве термографических люминофоров. В частности, соединения, содержащие катионы Eu3+, рассматриваются как перспективные красные люминофоры для WLED, так как характеризуются исключительной термической стабильностью, интенсивность свечения их намного превышает свечение коммерческих люминофоров на основе сульфидов и оксосульфидов, применяемых в настоящее время. В отличие от других классов соединений, молибдаты и вольфраматы со структурой шеелита и пальмиерита могут быть получены как в виде наноструктурированных материалов при использовании гидротермального или золь-гель методов, так и в виде больших монокристаллов, выращенных методом Чохральского, или протяженных монокристальных волокон, полученных методом микровытягивания (в английской литературе micro-pulling-down method). Возможно выращивание протяженных однородных тонких пленок шеелитов на различных оксидных подложках.
Ранее авторами проекта выявлены особенности строения молибдатов и вольфраматов со структурой шеелита, влияющие на их люминесцентные характеристики, и показана возможность использования материалов на основе W, более устойчивых по сравнению с молибдатами при высоких температурах, в качестве люминофоров для бесконтактного измерения температуры. Причем для шеелитов не наблюдается уменьшение интенсивности люминесценции с увеличением температуры, которое является основным недостатком многих известных в настоящее время люминесцентных термометров. Использование полученных данных для управляемого увеличения интенсивности свечения через локальное изменение структуры и элементного состава позволило увеличить интенсивность свечения катионов Eu3+ в 2.5 раза.
В рамках настоящего проекта, на основании данных по влиянию элементного состава и структуры на люминесцентные свойства молибдатов, вольфраматов и фосфатов со структурой шеелита и пальмиерита, планируется разработать оптимальные люминофоры с мультифункциональными оптическими свойствами, а именно с максимальной интенсивностью свечения в определенной области видимого света и возможностью использования его в качестве люминесцентного термометра. На основании полученных данных планируется определить условия для выращивания монокристаллов оптимального состава методом Чохральского.
Создание функциональных материалов для оптики и фотоники является актуальной задачей в рамках приоритетного направления развития науки, технологий и техники РФ «Энергоэффективность и энергосбережение, возобновляемые источники энергии». Таким образом, тема данного проекта соответствует российским и мировым научно-технологическим приоритетам, и востребованность результатов по данной тематике обусловлена современными тенденциями развития мирового рынка светодиодов
Ожидаемы