Группа красноярских учёных впервые получила высокоэффективный люминофор на основе хлорида свинца и тиомочевины, предназначенный для использования в светодиодных светильниках бытового назначения. 

Поскольку исходные материалы отличаются дешевизной, в отличие от «высокородных» редкоземельных металлов, из которых делают светодиоды в современном мире, запустить «свинцовые» люминофоры в массовое производство представляется очень привлекательной идеей, если бы не один важный нюанс.
«Достаточно взять хлорид свинца и тиомочевину, и перетереть их вместе в порошок — светящийся люминофор готов. Квантовый выход (проще говоря, энергоэффективность) у него составляет рекордные 93% — это означает, что каждый квант синего излучения преобразуется в фотон жёлто–зелёного света. Форма спектрального излучения материала напоминает приятный человеческому глазу солнечный свет, и индекс светопередачи у полученного люминофора тоже высок. Значит, можно производить очень доступные люминофоры для светодиодов, освещающих дома, офисные здания, подсвечивающие наружную рекламу и вывески кафе. Однако все мы знаем насколько свинец токсичен. До сих пор идут споры, стали ли свинцовые виадуки одной из причин упадка Римской империи — свинец причиняет большой вред живым организмам, накапливаясь в их тканях. Поэтому его лучше заменить на аналогичный по свойствам материал», — рассказал соавтор работы, доцент кафедры физики твердого тела и нанотехнологий СФУ, старший научный сотрудник лаборатории кристаллофизики Института физики Сибирского отделения РАН Максим Молокеев.
Подыскать подходящую замену ядовитому компоненту в перспективном люминофоре стало своего рода научным вызовом. По мнению учёных, первым кандидатом на замену может стать олово или более редкий висмут, что, предположительно, не слишком значительно изменит химическую структуру и люминесценцию полученного люминофора. Зато ядовитый «шлейф» больше не будет угрожать изготовителям и потребителям светодиодных ламп. Структура нового соединения, её геометрия в наномасштабе уже изучена исследователями, и это облегчит поиск подходящих компонентов. Главное, что сохранится, — тренд на эффективность и доступность.
В этой истории особенно важны два слова: дёшево и эффективно. Сейчас во всём мире для люминофоров используются редкие земли, их запасы очень ограничены, а большая часть природных месторождений принадлежит Китаю, и просто так он ими делиться не станет. То есть, производить редкоземельные люминофоры дорого и невыгодно, редкие земли могут стоить в прямом смысле дороже золота. Мы выступаем в фарватере мировой химической науки, предлагая люминофор без редкоземельной составляющей. Что касается эффективности, то она, как выяснилось, не всегда напрямую зависит от благородства исходного сырья. Даже максимально доступный свинец или его заместители могут дать высокий квантовый выход, светить так, как нам надо в современном мире», - продолжил Максим Молокеев.​
Важным бонусом является лёгкость изготовления «свинцового» люминофора — как уже упоминалось, это обычный механический синтез, растирание веществ до порошкообразной консистенции и смешивание в нужных пропорциях. 

Новый люминофор уже прошёл первые испытания, попав в экспериментальную лампу, изготовленную научным коллективом. Оказалось, что лучше всего он подходит для освещения комнат, а вот садоводам ощутимой пользы не принесёт — что хорошо для человека, то не по душе растениям. Дело в том, что предлагаемый люминофор не выдерживает больших мощностей света, и при его помощи можно получать сравнительно небольшое количество фотосинтетической активной радиации (ФАР), что полностью устраивает человеческий глаз. А вот растениям с их потребностью в фотосинтезе предложенного количества ФАР явно недостаточно — так они недополучат нужной для жизни энергии. 

В планах учёных–разработчиков продолжить поиски и испытания новых компонентов для производства дешёвого нередкоземельного люминофора, чтобы производство и утилизация светодиодных ламп на его основе соответствовало современным экологическим стандартам. 

Авторы отмечают, что помимо научной новизны их исследование уникально тем, что все его стадии — от расчётов до экспериментов — были проведены красноярцами, в частности, сотрудниками Сибирского федерального университета. Возможно, со временем люминофоры, производящиеся по сибирской технологии, составят серьёзную конкуренцию китайским изделиям для создания белого света.

Похожие новости

  • 28/04/2021

    Ученые создали жидкокристаллические пленки, уменьшающие расход энергии в гаджетах

    Российская группа исследователей, в состав которой вошли ученые Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск), разработала жидкокристаллический материал, способный повышать энергоэффективность смартфонов и планшетов за счет управления положением молекул в кристаллах.
    679
  • 01/04/2021

    3D-печать, нейросети и наноматериалы для «Новой медицины»

    ​Нейросети, 3D-печать имплантатов, доставка лекарств с помощью наноматериалов – об этом вы узнаете в заключительной, третьей части обзора уникальных исследований и технологий университетов Проекта 5-100 по направлению «Новая медицина».
    533
  • 04/09/2021

    Летающая машина, возможность видеть сквозь стены и бактерии, борющиеся с опустыниванием

    В дайджесте Минобрнауки России собраны самые важные, по мнению редакции, материалы о науке и образовании. Сегодня в рубрике: устройство, которое помогает видеть людей через стены, отслеживание эффективности приема лекарств пациентами с сердечно-сосудистыми заболеваниями и структура, которая концентрирует энергию внутри себя и не излучает ее наружу.
    391
  • 09/07/2021

    Год науки и технологий/Наука и университеты: Специализированные учебные научные центры погружают детей в прикладную науку

     В Год науки и технологий Правительство РФ внесло на рассмотрение Государственной Думы законопроект о финансировании специализированных учебных научных центров (СУНЦ) из федерального бюджета, а не через систему грантов, как это было раньше.
    1122
  • 14/11/2016

    Ученые из Красноярска сделают алюминиевое производство более экологичным

    ​Ученые СФУ совместно с коллегами из Института химии и химической технологии СО РАН ведут исследования по созданию нового материала - автоклавного угольного пека для производства электродов. По словам технического директора РУСАЛа Виктора Манна, осуществляющего непосредственное руководство работой, внедрение "экологичного" пека на алюминиевых заводах позволит значительно улучшить состояние воздуха, достигнуть нормативных показателей по выбросам вредных веществ в окружающую среду.
    2720
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    1784
  • 06/11/2019

    Как делать наноматериалы из спирта?

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института вычислительного моделирования СО РАН (Красноярск) нашли новый эффективный способ производства углеродных наноструктур. По словам ученых, технология найдет применение в электронике, химической промышленности и энергетике.
    1351
  • 02/03/2021

    Ученые НГТУ НЭТИ и ИХТТМ СО РАН создали стенд для испытаний деградации аккумуляторов электромобилей

    Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ создали лабораторную установку для испытаний литиевых аккумуляторов (ЛИА) для электромобилей с целью определения деградационной стойкости аккумуляторов.
    861
  • 23/11/2020

    Изучены свойства и способы синтеза наночастиц оксида никеля

    Р​оссийские ученые показали эффективность синтеза наночастиц оксида никеля в кислородной плазме дугового разряда низкого давления. Такой способ получения позволит управлять магнитными свойствами наночастиц, которые делают их подходящими для использования в устройствах компьютерной памяти и записи сигналов.
    767
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    2811