Физики создали материал для дисплеев, светящийся тремя основными цветами

Нанокерамику, люминесцирующую тремя основными цветами — красным, зеленым и синим, разработали уральские ученые в содружестве с коллегами из Индии, 25 марта сообщает пресс-служба Уральского федерального университета (УрФУ).

Особая прочность нового материала, а так же яркость свечения и прозрачность обеспечит высокие эксплуатационные качества созданных из него экранов, считают разработчики.

Способ синтеза и результаты исследования свойств новой нанокерамики ученые представили в статье «Углеродные точки, встроенные в твердотельные оптически прозрачные матрицы», опубликованной в журнале Applied materials today.

Соавтор работы, доцент кафедры физических методов и приборов контроля качества УрФУ Арсений Киряков пояснил ее суть:

«Мы получили оптически прозрачную нанокерамику, которая способна люминесцировать красным, зеленым и синим цветами. Это стало возможным благодаря добавлению частиц углерода, которые выступили в качестве углеродных наноточек. В процессе синтеза углеродные компоненты становятся заключенными между частицами керамики, что образует дефекты на их поверхности. Мы полагаем, что эти дефекты создают ряд энергетических уровней в углеродных наноточках, благодаря чему материал может светиться разными цветами в видимом спектре».

Углеродные наноточки представляют собой небольшие кластеры углеродных атомов размером несколько нанометров. Они обладают особым типом ковалентной связи и активной поверхностью. Это повышает эффективность свечения углеродных наноточек до 70%, что делает возможным их использование в качестве светоизлучающего вещества при создании дисплеев.

«Поскольку наша нанокерамика способна обеспечить все три базовых цвета спектра (красный, зеленый и синий), то нет необходимости использовать три светодиода по отдельности — достаточно будет разместить на светоизлучающем чипе один элемент для получения всех трех цветов», — рассказала соавтор работы, доцент кафедры физических методов и приборов контроля качества УрФУ Юлия Кузнецова.

Высокое давление, под которым осуществляется синтез керамики, обеспечивает очень плотное расположение наночастиц друг относительно друга, что позволило избавиться от дефектов структуры — трещин, пор, крупных кристаллитов — и добиться высокой оптической прозрачности, а также повысить прочность композита.

Такие характеристики обеспечат высокое качество дисплеев для смартфонов и планшетов, так как повышенная концентрация углеродных наноточек увеличивает эффективность свечения, одновременно обеспечивая рост плотности пикселей на единицу площади.

«Для получения хорошего изображения особую важность имеет количество пикселей и эффективность их свечения, — пояснила Юлия Кузнецова. — Дисплеи, на которых сосредоточено много пикселей, имеют более четкую картинку, но при этом страдает яркость. Напротив, экраны с меньшим количеством пикселей имеют плохое качество картинки, но при этом хорошую яркость. Созданная нами керамика отличается от традиционных люминофоров типом центров свечения. Это позволяет увеличить количество пикселей на экране, сохранив при этом уровень яркости».

Материалом для новой нанокерамики команда исследователей выбрала алюмо-магниевую шпинель — вещество, состоящее из оксида алюминия и оксида магния. Оно имеет кубическую структуру кристаллической решетки, поэтому проходящий сквозь материал свет не преломляется и не рассеивается.

Для синтеза керамики использовался метод термобарического сжатия, при котором материал подвергается очень высокому давлению при относительно низкой температуре.

«Термобарическое сжатие — это процесс подведения высокого давления, порядка нескольких гигапаскалей — такое давление реализуется в земной коре на глубине 50–60 километров. Высокое давление позволяет нам снизить температуру синтеза до значений 500–600 °С — это в два раза ниже, чем у аналогичных методов для синтеза нанокерамики, таких как одноосное горячее прессование, либо искроплазменное спекание», — рассказал Арсений Киряков.

В исследовании, кроме специалистов УрФУ, приняли участие индийские ученые из Университета Савита и Факультета физики инженерного колледжа Тиаграджар, а также сотрудники Института химии твердого тела УрО РАН.