Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) в сотрудничестве с международной командой исследователей оптимизировали состав и параметры композитных керамических материалов-люминофоров (Ce³⁺:YAG–Al₂O₃), твердотельных преобразователей света, которые можно применять в наземных и авиакосмических технологиях. Энергоэффективность светодиодных систем на основе разработанных материалов на 20–30 процентов выше коммерческих аналогов.

Статья об этом опубликована в Materials Characterization.

Ежегодно на освещение тратится более 15% всего мирового производства электроэнергии, в денежном выражении — около 450 млрд долларов. Согласно дорожной карте по развитию фотоники в Российской Федерации, освоение светодиодной техники с эффективностью более 150 лм/Вт позволит высвободить до 30% электроэнергии уже к 2025 году.

На основе полученных керамических светопреобразователей можно производить как компактные энергоэффективные светодиоды белого свечения (wLEDs), так и высокомощные (сверхъяркие) системы. Новый материал востребован во многих приложениях фотоники − от портативных проекторов и эндоскопов до лазерных телевизоров с диагональю более 100 дюймов, осветительных приборов для авто- и авиастроения, мегасооружений и других сфер.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда.

«Потребление белых светодиодов (wLEDs) составляет больше половины от общего потребления светодиодов высокой яркости. Особенности технологии производства органических люминофоров для современных коммерческих продуктов приводят к тому, что диод быстро “стареет”, теряет яркость и качество цветопередачи в процессе эксплуатации. Мы решили эту проблему, создав полностью неорганические преобразователи света в форме композитных керамик на основе алюмоиттриевого граната, активированного церием Ce:YAG, и термически-стабильной фазы оксида алюминия Al₂O₃», — рассказывает младший научный сотрудник НОЦ «Передовые керамические материалы» департамента промышленной безопасности Политехнического института (Политех) ДВФУ Анастасия Ворновских.

Композиты характеризуются высокими показателями температурной прочности и теплопроводности, выдерживают высокую мощность накачки, и генерируют яркий белый свет без явного теплового тушения интенсивности фотолюминесценции. Это позволяет снизить рабочую температуру светодиодного устройства более чем в 2 раза в сравнении с коммерческими образцами Ce:YAG: до 120÷70°С.

«Композиты синтезированы методом реакционного спекания в вакууме порошков исходных оксидов алюминия, иттрия, церия и гадолиния. Особое внимание в работе уделено выявлению количественной взаимосвязи основных рассеивающих центров — остаточных пор и кристаллитов Al₂O₃ — и спектроскопических свойств керамических люминофоров. Наши светопреобразователи соответствуют всем требованиям для wLEDs нового поколения — имеют длительный срок службы, высокую эффективность светоотдачи и индекс цветопередачи при сохранении требований к экологичности материала и его размерам», — отмечает руководитель проекта Денис Косьянов, директор НОЦ «Передовые керамические материалы» департамента промышленной безопасности Политеха ДВФУ.

В работе приняли участие специалисты ДВФУ, Шанхайского института керамики и Шанхайского технологического института, Университета Китайской академии наук, Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (РАН), а также Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (Проект № 20–73–10242).

Направление «Физика и материаловедение», включающее исследования в области новых технологий и материалов, определено в Дальневосточном федеральном университете как одно из приоритетных направлений Программы развития для решения принципиально новых научно-технологических задач, которые находятся на переднем крае современной науки. Ученые ДВФУ ведут фундаментальные исследования и практические разработки по приоритетным направлениям Стратегии научно-технологического развития РФ, которые необходимы для перехода к технологиям будущего.

Пресс-служба ДВФУ