Экспресс-технология радиационного синтеза высокотемпературной оксидной керамики для фотоники

Настоящий проект направлен на разработку принципиально новой перспективной экспресс технологии радиационного синтеза тугоплавких, сложных по составу оптических (прозрачных и люминесцирующих) керамик на основе оксидов металлов в поле мощных потоков высокоэнергетических электронов для использования их в качестве материалов для лазеров, сцинтилляторов, дозиметрических материалов, люминофоров. Такие вещества функционируют в условиях высоких внешних нагрузок: нагрев люминофоров в светодиодах, лучевая нагрузка в активных средах лазеров, сцинтилляторы в поле радиации, поэтому они должны быть устойчивыми к тепловым, механическим, радиационным воздействиям. Этим требованиям удовлетворяют материалы на основе тугоплавких оксидов металлов, в виде поликристаллов, керамики. Свойства таких материалов могут варьироваться в широких пределах путем изменения состава матриц, выбора активаторов, модификаторов. Однако, процесс синтеза керамики из тугоплавких соединений довольно сложен, включает в себя множество этапов, время- и энергозатратен, методики обладают низкой воспроизводимостью. Существует потребность в разработке новых методов синтеза, более универсальных, эффективных, управляемых. Использование мощных потоков высокоэнергетических электронов дает возможность существенного ускорения процесса синтеза тугоплавких оптических материалов путем стимулирования твердофазных реакций в поле радиации,реакций между промежуточными продуктами радиолиза. Использование высоких плотностей мощности приведет к включению в процесс синтеза новых эффектов, существенному уменьшению времени синтеза. Таким образом, открываются новые возможности получения сложных многокомпонентных материалов и создания эффективных экспресс-технологий синтеза функциональных материалов для использования в сфере фотоники. Для реализации радиационного синтеза требуются источники радиации высокой мощности, входящие в состав "Комплекса уникальных научных установок и центров коллективного пользования ИЯФ СО РАН для проведения исследований и разработок с использованием пучков заряженных и нейтральных частиц, высокотемпературной плазмы, синхротронного и терагерцового излучения". Научная новизна предлагаемого проекта заключается в том, что впервые будет использован эффект высокой плотности ионизации в поле мощных потоков радиации в синтезе материалов из тугоплавких компонентов; впервые будут исследованы и проанализированы процессы, определяющие эффективность формирования высокотемпературной оксидной керамики в поле мощных потоков радиации, установлены закономерности, определяющие зависимость функциональных свойств материалов от условий синтеза; разработаны рекомендации для радиационного синтеза оксидных тугоплавких материалов, в том числе многокомпонентных. Цель проекта: разработка научных основ высокоэффективных универсальных технологий радиационного синтеза поликристаллов и керамики из тугоплавких оксидных соединений, с использованием пучка высокоэнергетических электронов, для получения функциональных материалов с комплексом заданных свойств. Задачи проекта: 1) Выполнить цикл поисковых работ по оптимизации условий экспресс синтеза керамики на основе: иттрий-алюминиевого граната, алюмо-магниевой шпинели; оксидов алюминия, магния, иттрия, галлия, циркония. 2) Выполнить цикл работ по исследованию оптических, люминесцентных свойств "чистых" и активированных образцов керамики на основе оксидов металлов, полученных радиационным синтезом. Синтезировать образцы активированной керамики на основе, алюмо-магниевой шпинели, иттрий-алюминиевого граната, оксидов металлов. 3) Изучить механизмы синтеза керамики при стимулировании процесса в поле радиации. Исследовать закономерности передачи энергии возбуждения центрам свечения (примесным и собственным) образцах керамики. 4) Сформулировать рекомендации для методик радиационного синтеза керамики на основе оксидных материалов с комплексом заданных свойств.