Александр Зверев
Дальневосточный федеральный университет превращается в научный форпост в регионе и развивает сотрудничество с научными учреждениями соседних стран. Фото со страницы ДВФУ в «ВКонтакте»
Материаловеды 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. Светодиодные системы на основе разработанных материалов на 20–30% энергоэффективнее 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 долл. 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.
Следует отметить, что разработка технологий создания новых высокомощных (сверхъярких) твердотельных люминофоров для нужд фотоники является критическим направлением, обеспечивающим приоритетное развитие и безопасность большинства отраслей промышленности. Перед разработчиками наряду с необходимостью сохранения конкурентоспособности на рынке светодиодной техники, активно заполнившей современный индустриальный мир, стоял ряд фундаментальных и прикладных задач: достижение большей световой эффективности излучения LE, индекса цветопередачи CRI, простоты перестраивания коррелированной цветовой температуры ССТ в широком диапазоне значений, длительности срока службы, низкого энергопотребления и экологичности, одновременно при ее миниатюризации.
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 т.п. «Потребление белых светодиодов (wLEDs) составляет больше половины от общего потребления светодиодов высокой яркости. Особенности технологии производства органических люминофоров для современных коммерческих белых светодиодов приводят к тому, что светоизлучающий 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 (школы, ПИ) 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 два раза в сравнении с коммерческими образцами Ce:YAG: до 120÷70 градосов Цельсия.
«Композиты синтезированы методом реакционного спекания в вакууме порошков исходных оксидов алюминия, иттрия, церия и гадолиния. Особое внимание в работе было уделено выявлению количественной взаимосвязи основных рассеивающих центров – остаточных пор и кристаллитов Al2O3 – и спектроскопических свойств керамических люминофоров. Созданные светопреобразователи соответствуют всем требованиям 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, кандидат технических наук Денис Косьянов, директор НОЦ «Передовые керамические материалы» департамента промышленной безопасности ПИ ДВФУ.
В работе приняли участие специалисты ДВФУ, Шанхайского технологического института, Университета Китайской академии наук, Института химии Дальневосточного отделения РАН, а также Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 20–73–10242).
комментарии(0)