Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Порошок, полученный в ходе пиролиза аэрозоля.
Рис. 2. Образцы прозрачной керамики.
Рис. 3. Микроструктура прозрачной керамики (полировка и термическое травление).
Рис. 4. Спектр пропускания прозрачной керамики.
Рис. 5. Спектр испускания при облучении ИК-излучением с длиной волны 980 нм. На вставке изображена светящаяся таблетка.

Прозрачная нанокерамика с эффектом повышающего преобразования частоты света

Ключевые слова:  дисплей, люминесценция, прозрачная керамика

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

22 марта 2008

Концепции получения прозрачной для видимого света керамики были разработаны 40 лет назад, однако до сих пор контролируемый синтез подобных материалов с требуемыми параметрами является сложной задачей. Такая керамика при достижении высокого качества могла бы использоваться, в частности, для производства лазеров (YAG, Nd:YAG, Yb:Y2O3 и т.п.). Качественная прозрачная керамика обычно получается из веществ, имеющих кубическую кристаллическую структуру, т.к. в ней можно избежать рассеяния света из-за эффекта двойного лучепреломления. В принципе, чем меньше размер зерен и число дефектов, тем выше должна быть прозрачность материала.

Для получения плотной прозрачной керамики необходимо использовать нанопорошки и проводить спекание при достаточно низких температурах, чтобы избежать значительного роста зерен. Исследователи из University of Michigan и Sandia National Laboratories (США) получили нанопорошки Y2O3, допированного иттербием, тулием и эрбием, методом пиролиза аэрозолей и изготовили из них образцы прозрачной керамики.

В полученном порошке размер частиц не превышал 50 нм (рис. 1). Порошки спрессовывались в таблетки, сырая плотность которых составляла 60-63 % от теоретической. Далее таблетки спекались при 1400 °С до плотности 95 %, а после этого дополнительно подвергались изостатическому прессованию при тех же 1400 °С и итоговому отжигу при 1250 °С. В результате получались прозрачные таблетки, приведенные на рисунке 2. Микроструктура керамики представлена на рисунке 3. Итоговая плотность составила 98 % при среднем размере зерен 400 нм.

Спектр пропускания изображен на рисунке 4. Хотя прозрачность в видимой области спектра далека от идеальной, одна все же достаточна для практических применений. Для света с длиной волны 980 нм наблюдается сильное поглощение. При освещении материала светом с такой длиной волны, он излучает на 662 нм, т.е. происходит повышающее преобразование частоты (рис. 5). Как отмечают авторы, такое явление для прозрачной керамики ранее не было описано.

По мнению ученых, такой материал может быть использован для создания, ни много ни мало, 3D дисплея. Принцип действия у него следующий. Берется полая оболочка (лучше сфера), по поверхности которой упорядоченно распределены пиксели люминофора, обладающего свойством повышающего преобразования частоты. Тогда при освещении пикселей изнутри лазером они начнут светиться в видимом диапазоне, что мы и увидим снаружи. Пиксели не должны быть больше 50 мкм, и их необходимо разделить неизлучающим материалом. Такую матрицу можно попытаться изготовить путем экструзии полимера, содержащего частицы люминофора. В общем, осталось только научиться прессовать таблетки микронных размеров, и можно будет делать из них пиксели.

Работа «Transparent, Polycrystalline Upconverting Nanoceramics: Towards 3-D Displays» опубликована в журнале Advanced Materials.



Источник: Wiley InterScience



Комментарии
Потрясающе! А знаете ли вы, сэры, как устроена "зеленая" лазерная указка?
Трусов Л. А., 22 марта 2008 19:39 
неужели там керамика?
Не, там н наоборот облучаемый ИК-лазером кристалл вовсю генерит вторую гармонику безо всякой нанотехнологии.
Трусов Л. А., 22 марта 2008 20:07 
тут вся фишка в керамике
Тогда непонятно зачем здесь 3Ди дисплей. Его можно сделать по такому принципу и при существующей технологии. Причем это будет наверное один из самых сложных способов проекции изображения на сферу. У древнего фантаста Днепровского по такому принципу была устроена память робота на манер ЭЛТ трубки рисующей на сфере покрытой люминофором.
Вдобавок изображение монохроматическое. В очередной раз изучение свойств материала выдано за разработку технологии. Знаете с таким успехом я могу в своей лабе взять ксеноновую лампу и тефлоновую сковородку и пожарить яичницу. После напишу статью: еще один шаг к световой кухне будущего!
Трусов Л. А., 22 марта 2008 22:17 
а вот и мне не понятно, при чем тут 3д дисплей. но так как рассказ про него занимает 75% статьи, я подумал, что кто-нить мне объяснит, что к чему.
то ли курили авторы чего... то ли в адвансед материалз очень захотелось.
По-моему, именно в крутой журнал авторам и захотелось .
Ионы эрбия в поликристаллической, кристаллической или стеклянной матрице, даже в керамике, люминесцируют при облучении диодным или твердотельным лазером с излучением около 1 мкм за счет поэтапного поглощения этого света на электронные состояния ионов эрбия. Причем, свечение может быть и с более высоколежащих уровней. В этих случаях свет будет зеленым или желтым. Тут даже иттербий, по-моему, не нужен, но от него в данном случае хуже не будет, просто поглощение 1-мкм света интенсивнее будет. Это известно, мне кажется, лет 60, а то и больше. Во всяком случае, визуализаторы ближнего ИК света (0.8-1.1 мкм) на этом принципе и построены.
При чем здесь 3D-дисплеи непонятно. Да и керамика их далеко невыдающаяся, мы тоже такую умеем делать, только современными методами анализа структуры не, к сожалению, не всегда обладаем.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Пылинка-монстр
Пылинка-монстр

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.