Свечение керамики. Молодой учёный в Ставрополе создаёт преобразователь света

Дома у Александра Кравцова мерцают кораллы в аквариуме, а на работе в университете светятся жёлтые кружочки керамики. Именно так выглядит композитный материал, над улучшением состава которого работает 33-летний кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории тонких плёнок и наногетероструктур Северо-Кавказского федерального университета.

Дольше и ярче

Александр Кравцов получил грант Российского научного фонда на разработку композитной люминесцентной керамики белого свечения с повышенным индексом цветопередачи на основе оксидных композиций GdAG-LuAG со структурой граната, активированных церием. Название звучит сложно, но, по сути, речь идёт о создании вещества, которое способно превращать свет синего диода в обычный дневной, максимально приближенный к солнечному. Подобные вещества давно открыты и используются в бытовых лампочках, однако у них есть недостатки.

«В конструкции обычных светодиодных бытовых лампочек используется синий светодиод, который светит на полимерный колпачок, надетый сверху. В составе полимерного колпачка – порошковый люминофор, который преобразует синее излучение диода и даёт нам свет белого цвета, – объясняет Александр. – Порошок обычно состоит из иттрий-алюминиевого граната, изобретённого десятки лет назад. Однако полимер со временем деградирует, устройство теряет эксплуатационные характеристики, выгорает, светит хуже. Полимер нельзя использовать в высокомощных осветительных приборах, таких как прожекторы, ведь из-за большого выделения тепла он деградирует, и устройство служит недолго».

Лаборатория в Ставрополе предложила использовать люминесцентный преобразователь нового поколения, основанный на керамике. Вместо полимерного колпачка – керамическое тело, которое преобразует синий свет, выдерживая сильные тепловые и световые нагрузки. Эта конструкция долговечна, а значит, изделие прослужит дольше и будет эффективнее преобразовывать свет, то есть с меньшими затратами энергии будет светить ярче.

Глаза не устанут

На средства гранта Александр Кравцов изучает составы для керамики на основе гадолиниевого и лютециевого граната. Гранат – это твёрдый раствор оксида редкоземельных металлов и, чаще всего, оксида алюминия. Проще представить себе это в виде сплава, в твёрдом виде похожего на камешек в ювелирном украшении. Гранатом его назвали из-за кристаллической структуры.

Сапфир-гигант. Учёные Ставрополья вырастили самый большой кристалл в мире Подробнее

Сам по себе гранат не светится, поэтому в него добавляют в микроскопических количествах церий – 58-й элемент таблицы Менделеева.

«Материал волшебным образом преображается за счёт создания дефектов кристаллической структуры и начинает поглощать свет с одними длинами волн и излучать свой – с другими длинами волн. Это явление и называется люминесценцией, – говорит Александр Кравцов. – Он поглощает синий свет светодиодов и взамен излучает широкую полосу белого и жёлтого спектра. Гадолиниевый и лютециевый гранат позволит менять спектральные характеристики, например, получать зеленоватые или тёплые оттенки. Чем ближе искусственный свет к солнечному, тем меньше утомляются глаза, глядя на предметы».

По словам Александра, учёные уже изучили свойства отдельно лютециевого и отдельно гадолиниевого составов. А вот композиции из них и керамика с этими составами пока никем не исследовались. Это и стало полем деятельности молодого кандидата технических наук.

Заворожён кремнием

Химия Александру была интересна со школьных лет, а особенно захватила в старших классах. После девятого он перешёл в лицей для одарённых детей при Северо-Кавказском государственном техническом университете, который позже стал частью СКФУ. Учащиеся были обязаны заниматься научной деятельностью.

«Я приходил в университет и смотрел, что делают аспиранты и молодые кандидаты наук. Они тогда активно исследовали тонкоплёночные структуры карбида кремния, – вспоминает молодой человек. – Видел, как идёт научный процесс, как планируются эксперименты, как работают установки для получения материалов, как применяют исследовательское оборудование: спектрометры, микроскопы и так далее».

Подросток ещё не собирался становиться учёным. Просто делал, что должен был, и постепенно увлёкся. Тогда же, школьником, он попал в группу к кандидату химических наук Виталию Алексеевичу Тарале, который сейчас работает заведующим научно-лабораторным комплексом чистых зон, то есть стал непосредственным начальником Александра.

Поступив в вуз, молодой человек уже понимал, что хочет исследовать. Разработкой новых веществ был увлечён сам ректор – Борис Николаевич Синельников, и это направление в вузе активно развивалось, поддерживалось государственными грантами и было одним из самых передовых.

Сейчас Александр нисколько не жалеет, что выбрал научную стезю. Защитив кандидатскую диссертацию и выиграв грант, можно достойно зарабатывать.

Робот-черепаха и его коллеги. Чему обучают искусственный интеллект в КБР? Подробнее

«Работы много, это достаточно сложно, но указы президента о том, что научные сотрудники должны иметь зарплату в два раза выше, чем средняя по региону, выполняются», – говорит Александр.

Свободного времени у него, признаётся, почти нет. Когда оно появляется, учёный любит читать и созерцать свой аквариум. Не обычный, а морской, со светящимися кораллами. Как знать, может быть, созерцание этих древнейших существ на планете натолкнёт исследователя на новые идеи по преобразованию света.