Томские ученые получили светящиеся материалы из природных минералов

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из ТГАСУ предложили простой и экологичный способ синтеза люминесцентных материалов на основе распространенных горных пород — мрамора, мела и известняка. Новый подход позволяет получать светящиеся ярко-красным светом образцы без использования дорогих реагентов.

Для создания светящихся материалов широко используют алюминаты кальция, обладающие высокой эффективностью люминесценции и устойчивостью к внешним воздействиям. Их применяют в дорожной разметке, системах аварийного освещения, маркировке и указателях безопасности. Получают алюминаты кальция с использованием чистых, редких и дорогих элементов, например, европия и диспрозия. Это усложняет производство и делает его дорогим.

Авторы исследования предложили новый способ синтеза алюминатов кальция для получения ярких красных люминофоров. В основе лежит соединение типа гроссита, активированного ионами марганца. В качестве источника кальция политехники взяли не химически чистые реагенты, а природные материалы — мрамор, мел, известняк и доломит. В роли активатора люминесценции выступил недорогой оксид марганца и борная кислота. При дневном свете готовые образцы выглядят коричневатыми, а под ультрафиолетом светятся ярко-красным.

«Предложенная нами технология сочетает простоту, экологичность и экономическую выгоду. Ее главное преимущество в том, что для синтеза готового образца не нужны дорогие компоненты, достаточно использовать известное природное сырье. При этом мы точно можем настраивать и управлять свойствами готовых образцов: зная, какие примеси и в каком количестве есть в природном сырье мы можем настраивать и предсказывать яркость и оттенок свечения», — рассказал один из авторов исследования, профессор отделения химической инженерии ТПУ Андрей Мостовщиков.

Ученые проанализировали фазовый состав, морфологию и фотолюминесцентные свойства готовых образцов. Результаты исследования показали, что все полученные образцы светятся красным светом с максимумом около 654 нм — это диапазон, который хорошо воспринимается человеческим глазом. При этом яркость образца зависит от типа сырья и примесей в его составе. Так, примеси железа значительно «оттягивают» энергию и тем самым снижают яркость образцов, а примеси магния помогают компенсировать заряд в структуре материала и повышают эффективность свечения.

По мнению авторов, технологию можно будет применять для создания светоактивных индикаторов, указателей безопасности и аварийных светильников, где важны долговечность, устойчивость к внешним воздействиям и невысокая стоимость.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации