Новая прозрачная нанокерамика, которую синтезировали ученые УрФУ и УрО РАН, поможет создавать светоизлучающие устройства, датчики, сенсоры, устройства связи и лазеры. Она обладает достаточной оптической прозрачностью для пропускания квантов света, а также имеет хорошие люминесцентные свойства.

Подробную информацию о новой нанокерамике и методах ее получения ученые опубликовали в журнале Ceramics international. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (№ 23–72–01024) и программы «Приоритет-2030». Экспериментальные работы проводились в Институте химии твердого тела УрО РАН в рамках государственного задания (АААА-А19–119031890025–9).

«Наша нанокерамика состоит из наночастиц алюминиево-магниевой шпинели. Для шпинели показатель преломления изотропен, поскольку кристаллическая структура сформирована кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. Это позволяет снизить рассеяние в нанокристаллах и добиться улучшенных оптических характеристик. Также мы добавили металлы группы железа в качестве ионов активаторов, а именно ионы хрома, чтобы функционализировать керамику в красном спектральном диапазоне», — поясняет заведующий лабораторией радиационного контроля и твердотельной дозиметрии УрФУ Арсений Киряков.

Как добавляет Арсений Киряков, исследователи обнаружили, что кинетика фотолюминесценции составляет 4,74 миллисекунды. Этот показатель выше, чем у аналогичных разработок, и, кроме того, данный параметр является чувствительным к режимам синтеза, что позволяет управлять фотолюминесцентными характеристиками. Таким образом, физики получили оптически прозрачную нанокерамику, обладающую люминесцентными свойствами, которую можно использовать в различных областях — например, в оптоэлектронике или устройствах связи.

Прозрачная нанокерамика — это вид оптических материалов, который обладает способностью пропускать свет в видимой части спектрального диапазона, а также электромагнитные волны в УФ- и ИК-диапазонах. Для достижения оптической прозрачности, достаточной для пропускания света, необходимо избавиться от всевозможных дефектов — пустот, пор, микротрещин. Если дефекты слишком большого размера, то они ограничивают прозрачность керамики, в результате чего свет не проходит и рассеивается.

«Дефекты оказывают большое влияние на оптическую прозрачность материала. Дело в том, что глазами мы видим свет в диапазоне от 380 до 700 нанометров. Если дефекты будут соразмерны этому значению, то кванты света будут взаимодействовать с ними и рассеиваться, а материал в целом перестанет быть прозрачным», — объясняет Арсений Киряков.

Для создания прозрачной керамики ученые использовали неклассическую технологию.