VedecMohamed Radwan
Názov projektuTransparentné luminescentné oxinitridy
Hostiteľská organizáciaÚstav anorganickej chémie SAV
Dĺžka projektu11.01.2016 - 31.12.2018

Abstrakt
V poslednom desaťročí sa členské štáty Európskej únie snažia stiahnuť z trhu žiarovky a nahradiť ich energeticky úspornejšími zdrojmi svetla. Jednou z alternatív sú biele svetlo emitujúce diódy (biele LEDky) ktoré neobsahujú zdraviu škodlivú ortuť a nachádzajú pomerne široké uplatnenie v zobrazovacích zariadeniach typu LCD, počítačových displejoch, mobilných telefónoch, tabletoch a iných zobrazovacích zariadeniach často používaných v každodennom živote. Biele LEDky ako zdroje svetla na osvetlenie menších plôch majú vyššiu účinnosť a dlhšiu životnosť v porovnaní so žiarovkami, žiarivkami a halogénovými lampami. Aby sa mohli biele LEDky mohli používať aj na osvetlenie väčších plôch je potrebné zlepšiť intenzitu vyžarovaného svetla, účinnosť chladenia a samotnú účinnosť konverzných luminoforov. Predkladaný projekt je zameraný na vývoj nanoštruktúrnych luminiscenčných transparentných keramických materiálov ekonomicky úspornou metódou s cieľom získať luminofor s vysokou účinnosťou na prípravu bielych LEDiek. Projekt bude zameraný na nasledujúce oblasti výskumu: 1) Chemická syntéza nanopráškových luminoforov na báze oxinitridov typu MAlON (kde M = prvky alkalických zemín a prechodných kovov) a Si2-xAlxO1+xN2-x metódou koprecipitácie a z polymérnych prekurzorov. 2) Spekanie nanopráškových luminoforov rýchlim žiarovým lisovaním (RHP = rapid hot pressing) a/alebo izostatickým žiarovým lisovaním s cieľom získať hutný transparentný keramický luminofor s nano-mikroštruktúrou. 3) Charakterizácia pripravených nanopráškov a hutných luminoforov v zmysle ich fázového zloženia, morfológie častíc, fotoluminiscenčných vlastností, optickej priepustnosti, tepelnej vodivosti, tepelnej rozťažnosti a mechanických vlastností (tvrdosť, pevnosť, lomová húževnatosť). Výsledky projektu by mali posunúť a krok vpred vývoj veľkoplošných osvetlovacích zariadení na báze tuhej fázy (SSL – solid state lighting), ktoré by mali prispieť k výraznej úspore elektrickej energie spotrebovanej na osvetlenie v celoeurópskom meradle.

Zhrnutie projektu s priebežnými výsledkami

Projekt s názvom Transparentné luminiscenčné oxinitridy (akronym LUMON) vznikol v rámci tretej výzvy „the Incoming Mobility Scheme at the Slovak Academy of Sciences Programme” (SASPRO), ktorá je spolufinancovaná Slovenskou akadémiou vied a 7. rámcovým programom EU the Marie Curie Actions (EU-FP7). Projekt sa rieši na Ústave anorganickej chémie SAV Bratislava s trvaním 3 rokov so začiatkom od januára 2016.

Projekt LUMON je zameraný na výskum a vývoj nových transparentných luminoforov pre aplikácie vo vysokovýkonných svetlo emitujúcich diódach (wLED). Konkrétne je projekt zameraný na prípravu transparentných keramických materiálov na báze oxinitridu horčíka (MgAlON) a oxinitridu kremíka ((Si2N2O), ako aj charakterizácii ich mikroštruktúry, tepelných a optických vlastností.

V prvom ročníku projektu (11.01.2016 – 31.12.2016) bol hlavným cieľom projektu príprava keramických materiálov na báze MgAlON vo forme práškov a analýza ich fyzikálno-chemických vlastností.  

Keramické materiály na báze MgAlON sú nestechiometrické tuhé roztoky v ternárnom systéme MgO-Al2O3-AlN, ktoré sa tvoria pri teplotách ≥ 1750 °C a zostávajú stabilné aj pri laboratórnych teplotách. Majú kubickú kryštalografickú štruktúru spinelu a sú charakterizované vysokoteplotnou chemickou stabilitou a v prípade bezdefektnej štruktúry aj optickou priepustnosťou/transparentnosťou vo viditeľnej a infračervenej oblasti spektra.

V priebehu prvého roka riešenia projektu boli pripravené tri zmesi rôzneho zloženia zo zmesi práškov MgO, Al2O3 a AlN reakciami v tuhej fáze. Boli študované aj rôzne spôsoby spekania na prípravu  transparentných MgAlON keramických materiálov s cieľom pochopiť vplyv zloženia MgAlON spinelov na optickú priepustnosť materiálu. Podarilo sa pripraviť hutné semi-transparentné MgAlON keramické materiály kombináciou reakčného predspekania vzoriek vo vákuu a následným izostatickým žiarovým lisovaním (HIP – hot isostatic pressing).

V druhom roku riešenia projektu plánujeme (1) zlepšiť optickú priepustnosť spekaných MgAlON vzoriek, (2) získať viac vedomostí o vplyve chemického zloženia MgAlONu na optickú priepustnosť, (3) pripraviť lantanoidmi dopované transparentné keramické luminofory vo forme okrúhlych vzoriek (priemer 20 mm, hrúbka 1-2 mm) s optimálnym zložením MgAlONu a (4) vyhodnotiť ich fotoluminiscenčné vlastnosti.

Na základe dosiahnutých sľubných výsledkov prípravy transparentných MgAlON materiálov dvojstupňovým spekaním začneme s prípravou transparentných luminoforov na báze Si2N2O touto metódou (s miernym oneskorením) v druhom polroku 2017.