Наиболее значимые результаты института, имеющие инновационный потенциал, полученные в 2018 году
Утверждены на заседании Ученого совета ИФТТ РАН 24 декабря 2018 г.
(протокол № 30)
Раздел II. "Физические науки», подраздел 9.
Люминофор для светодиодов
С.З.Шмурак, В.В.Кедров, А.П.Киселев, Т.Н.Фурсова
Показано, что в образцах RE1-x-yCexTbyBO3, где RE – Lu, Gd, Yt, свечение ионов Tb3+ наблюдается при возбуждении образца в полосе поглощения ионов Се3+, что однозначно свидетельствует о безызлучaтельноv переносе энергии электронного возбуждения от ионов Се3+ к Tb3+ вследствие кулоновского диполь-дипольного взаимодействия между этими ионами. Установлено, что интенсивность свечения Tb3+ при возбуждении в полосе поглощения церия выше интенсивности свечения промышленного люминофора Y2O2S(Tb) и превосходит в ~10 раз интенсивность свечения Tb3+ при возбуждении в самой интенсивной полосе возбуждения иона Tb3+ (λmax = 236 нм). Это обусловлено высокой эффективностью переноса энергии от ионов Се3+ к Tb3+, которая определена нами экспериментально и составляет ~ 85%. Показано, что спектр возбуждения ионов Tb3+ можно направленным образом смещать в интервале 339 - 367 нм при изменении структурного состояния Lu1-x-yCexTbyBO3 - в область свечения промышленных GaN светодиодов.
Учитывая высокую интенсивность свечения, радиационную и химическую стойкость борaтов, их высокую теплопроводность, а также возможность направленного изменения спектра возбуждения, соединение Lu1-x-yCexTbyBO3 можно рассмaтривaть в качестве эффективного зеленого люминофора для светодиодов.
S. Z. Shmurak, , V. V. Kedrov, A. P. Kiselev, T. N. Fursova, and O. G. Rybchenko
«Energy Transfer from Ce3+ to Tb3+ in Yttrium and Gadolinium Orthoborates Obtained by Hydrothermal Synthesis»
Physics of the Solid State, 2018, Vol. 60, No. 12
Монокристаллы BSCCO для THz-излучателей.
А.Б.Кулаков
В течение 4-х лет в ИФТТ РАН предпринимались усилия по разработке технологии выращивания Bi2Sr2CaCu2O8 (BSCCO) монокристаллов и их последующей фрагментации и отжигу. Параллельно, группой А.Л.Панкратова ИМС РАН (г.Нижний Новгород) разрабатывались излучатели терагерцового диапазона на основе монокристаллов BSCCO. Разработанная в ИМС РАН технология позволяет изготавливать мезы диаметром 0.5 мм способные излучать на частоте 0.8 ТГц [1]. См. вольт-амперные кривые для BSCCO мезы на рис. 1. Неотъемлемым элементом этой технологии являются монокристаллы BSCCO, поставка которых осуществлена ИФТТ РАН.
Эти результаты являются доказательством качества наших BSCCO кристаллов. На текущий момент наш институт является единственным производителем BSCCO кристаллов в России. Если уменьшить концентрацию планарных дефектов в 5раз, наши кристаллы будут представлять интерес для инвестиций.
L.S. Revin, E.A. Vopilkin, A.L. Pankratov, S.A. Kraev, A.A. Yablokov, A.B. Kulakov. Fast technology for fabrication of thick single Bi2Sr2CaCu2O8+x mesas on a Cu substrate/.
Supercond. Sci. Technol. 31(2018)104001(5pp). DOI: 10.1088/1361-6668/aada8.
Слоистые композиты с металлической матрицей, армированные оксидными волокнами, полученными модифицированным методом Степанова.
Разработаны лабораторные технологические схемы и режимы получения диффузионной сваркой слоисто-волокнистых композитов с оксидными волокнами и матрицами на основе титана, ниобия и молибдена. Изготовлены и испытаны на прочность сапфировые, иттрий-алюминиевого граната и эвтектические (сапфир - иттрий-алюминиевый гранат) волокна. Получены зависимости прочности волокон от их длины. Прочность может достигать 4000 МПа на длинах, равным 10 диаметрам волокна. Изготовлены и испытаны на прочность пилотные образцы композитов с сапфировыми волокнами и матрицами на основе титана и ниобия. Для образцов с матрицей на основе титана получена зависимость прочности композитов от температуры в диапазоне 20–900oC, имеющая максимум при 700oC.
Разработка оборудования и технологии изготовления профилированных изделий из тугоплавких металлов способом 3D-печати
Борисенко Д.Н., Жохов А.А., Борисенко Е.Б.
Предлагаемый способ изготовления профилированных изделий из тугоплавких металлов реализуется послойным нанесением металла по типу локальной гарнисажной электродуговой плавки. Были разработаны и опробованы источники питания электрической дуги в среде различных газов: аргон, гелий, водород. С помощью контролируемого пинч-эффекта решена задача генерации и стабилизации плазменного канала дуги высокого давления при произвольном профиле сканирования электрода. Подана заявка на патент «Электрод для дуговой плавки металлов». В экспериментах по изготовлению тиглей из молибдена было показано, что скорость печати способом локальной гарнисажной электродуговой плавки в десятки раз выше скорости печати методом селективного лазерного спекания. Следующим этапом была разработка и изготовление оригинального устройства прецизионной подачи порошка в зону плавления для непрерывного ведения процесса наплавки материала. Подана заявка на патент «Шнековый дозатор порошков тугоплавких металлов». С помощью устройства был изготовлен нагревательный элемент из молибдена для индукционной печи (рис.1). При изучении микроструктуры и свойств полученного материала было обнаружено, что пористость при двукратном проходе ванной расплава практически сводится к нулю. Оставшиеся единичные поры содержат вискеры микронного размера.
Сапфировый волновод для ТГц внутриволноводной спектроскопии и интерферометрии в агрессивных средах.
Г.М. Катыба, И.А. Шикунова, И.Н. Долганова, В.Н.Курлов
Разработаны методы высокотемпературной терагерцовой (ТГц) внутриволноводной спектроскопии и интерферометрии с использованием многоканального профилированного кристалла сапфира, который работает одновременно в качестве ТГц волновода и кюветы для исследуемого вещества. С помощью методов вычислительной электродинамики проведен численный расчет геометрии сечения волновода с целью оптимизации дисперсии и потерь при передаче ТГц излучения в одномодовом режиме, либо обеспечения заданного количества и качества волноводных мод для реализации интерференционных принципов измерений. Рассчитан ТГц волновод с одним центральным каналом и двумя рядами каналов фотонно-кристаллической (ФК) оболочки, который обеспечивает высокую эффективность передачи ТГц излучения (низкую дисперсию и потери) в широком спектральном диапазоне от 0,2 до 1,2 ТГц в двухмодовом режиме, поскольку фундаментальная мода и одна из мод высокого порядка обладают самыми низким потерями, которые сравнимы по величине между собой. Разработанный и изготовленный образец ФК ТГц волновода (Рисунок 1) был исследован с использованием численных и натурных экспериментов для подтверждения его технических характеристик, рассчитанных предварительно в ходе численного моделирования. Экспериментальные исследования волновода осуществлялись с применением методов ТГц импульсной спектроскопии (оценка дисперсии и спектральных потерь волноводных мод), а также методов ТГц имиджинга мод (визуализация волноводных мод и их интерференции в сечении профилированного кристалла при его возбуждении непрерывным ТГц излучением). Для демонстрации высокотемпературной ТГц внутриволноводной спектроскопии в частотной области и ТГц волноводной интерферометрии с использованием разработанного сапфирового волновода проведены эксперименты по измерениям фазовых превращений малого количества порошка NaNO2, введенного в волновод, Рисунок 2. Показана высокая чувствительность разработанной системы, Рисунок 3. Благодаря сочетанию возможностей метода получения профилированных кристаллов сапфира с его уникальными свойствами, разработанный волновод может применяться для проведения ТГц высокоточных спектроскопических измерений в условиях агрессивной окружающей среды при температурах до 1850⁰C.
Технология химико-механической обработки металлических изделий
Классен Н.В., Классен Е.Н., Кобелев Н.П., Колыванов Е.Л.
Запатентована технология химико-механической обработки металлических изделий, основанная на новом приеме глубокого внедрения в приповерхностные слои металлов легирующих элементов, наночастиц, органических молекул посредством локального динамического деформирования поверхности шариковой обкаткой с одновременным нанесением на нее внедряемых материалов. Технология позволяет экспрессно производить механическое упрочнение, антикоррозионную и антиобледенительную защиту несущих конструкций, трубопроводов (включая защиту сварных швов), линий электропередач и т.д. непосредственно по месту их службы в полевых, подводных и прочих условиях. Работа выполнена в рамках международного проекта совместно с НИИ технической акустики Национальной академии наук Белоруссии.
Cлева – лужица воды, растекшаяся по поверхности алюминиевой пластины за счет ее смачивания.
Справа – нерастекающиеся капли воды на участке той же пластины после химико-механической обраобтки шариковой обкаткой
с глубоким внедрением в приповерхностный слой водоотталкивающего органического вещества
Слева – капли воды, смачивающие поверхность необработанной стальной пластины.
Справа – капли воды, не смачивающие поверхность той же пластины после химико-механической обработки шариковой обкаткой
с глубоким внедрением водоотталкивающего органического вещества.
в твердые тела локальным динамическим деформированием шариковой обкаткой.
Показан результат внедрения наночастиц углерода в оптически прозрачный кристалл иодистого цезия.
Обрабатываемая поверхность – сверху. Продолжительность обкатки – 5 минут. Глубина внедрения углерода – 50 микрон.