ابتكر علماء من أكاديمية العلوم الروسية سيراميكًا مضيءً لكاشفات الفضاء والأشعة السينية

يعد تطوير تقنية لإنتاج السيراميك بخصائص مستهدفة وغير مستهدفة محددة مشكلة علمية خاصة ومثيرة للاهتمام للغاية. الخاصية المستهدفة للسيراميك الانارة هي التركيب الطيفي للضوء المنبعث. يمكن تغيير العوامل المرتبطة – الصلابة، والبنية المجهرية، والمسامية – عن طريق اختيار طرق لإنتاج المساحيق، ودرجة حرارة التلدين، وطريقة ونظام درجة الحرارة لتلبيد السيراميك. إن إضافة كمية صغيرة من العناصر الأرضية النادرة يمكن أن يغير بشكل كبير خصائص المادة. يلعب الدور الرئيسي البنية الإلكترونية لذراتها والقدرة على شغل مواقع بلورية مختلفة والتكيف مع البيئة المحلية عن طريق تغيير رقم التنسيق ودرجة تساهمية الروابط. يعمل في هذا الاتجاه، فريق من المؤلفين من معهد الكيمياء وتكنولوجيا العناصر النادرة والمواد الخام المعدنية التي سميت باسمها. IV. تانانايفا مع زملائها من جامعة موسكو الحكومية. م.ف. قام لومونوسوف بإنشاء ودراسة مادة خزفية تعتمد على الجادولينيوم أورثونيوبات. تم نشر المقال في مجلة السبائك والمركبات . اختار العلماء الجادولينيوم أورثونيوبات (GdNbO₄) مع بنية الفرغسونيت كقاعدة. هذا المركب معروف بخصائصه الانارة. في شكله النقي، ينبعث الضوء في المنطقة الزرقاء من الطيف. ولدراسة إمكانية تغيير الطول الموجي للضوء المنبعث وخصائص نقل الطاقة بين مراكز التألق للمصفوفة والعناصر الأرضية النادرة، تم تعديل المادة بإدخال أربعة عناصر أرضية نادرة: اليوروبيوم (Eu³⁺)، والسماريوم (Sm³⁺)، والتيربيوم (Tb³⁺)، والإربيوم (Er³⁺). صور (Gd₀.₉₆Eu₀.₀₁Sm₀.₀₁Tb₀.₀₁Er₀.₀₁)NbO₄ تم الحصول على مساحيق باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح: أ – عينة 1، درجة حرارة التكليس 1000 درجة مئوية؛ ب – العينة 2، درجة حرارة التكليس 1100 درجة مئوية؛ ج – العينة 3 درجة حرارة التكليس 1180 درجة مئوية. تُظهر الأشكال الداخلية منحنيات التوزيع التفاضلي للجسيمات / © Journal of Alloys and Compounds الصيغة النهائية للحل الصلب الناتج: (Gd₀.₉₆Eu₀.₀₁Sm₀.₀₁Tb₀.₀₁Er₀.₀₁)NbO₄. تبلغ حصة عناصر صناعة السبائك حوالي 4٪ من الشبكة الفرعية الكاتيونية. وأكد تحليل حيود الأشعة السينية أن جميع العينات تنتمي إلى النظام أحادي الميل مع بنية الفرغسونيت (المجموعة الفضائية I2/a)، وأن إدخال المواد المضافة لا يؤدي إلى تغييرات كبيرة في الشبكة البلورية الرئيسية. صور للسيراميك (Gd₀.₉₆Eu₀.₀₁Sm₀.₀₁Tb₀.₀₁Er₀.₀₁)NbO₄ / © مجلة السبائك والمركبات للحصول على سيراميك ببنية وخصائص معينة، استخدم المؤلفون نهجًا تكنولوجيًا مشتركًا، بما في ذلك تخليق الطور السائل للمساحيق والمركبات أحادية المحور الضغط الساخن. تم ترسيب المكونات الأولية من المحاليل، مما جعل من الممكن ضمان تجانس الخليط على المستوى الجزيئي والحصول على مساحيق دقيقة بحجم دون الميكرون. يساهم هذا النهج في توزيع أكثر اتساقًا للعناصر ويخلق المتطلبات الأساسية لتشكيل بنية مجهرية كثيفة وموحدة للسيراميك. البنية المجهرية والتركيب الحبيبي (المدخلات) لعينات السيراميك (Gd₀.₉₆Eu₀.₀₁Sm₀.₀₁Tb₀.₀₁Er₀.₀₁)NbO₄ / © مجلة السبائك والمركبات تعرضت المساحيق للتسخين والضغط المتزامنين (225) كجم/سم²). تتيح هذه الطريقة الحصول على عينات ذات كثافة تقترب من كثافة البلورات المفردة وخصائص ميكانيكية عالية دون استخدام إضافات التلبيد، والتي يمكن أن تؤثر سلبًا على خصائص الانارة. حدد المؤلفون معلمات العملية المثلى بشكل تجريبي. تم عرض أفضل الخصائص الميكانيكية من خلال عينة خزفية ملبدة عند درجة حرارة 1220 درجة مئوية، وضغط ضغط قدره 225 كجم/سم²، ووقت تلبيد قدره 60 دقيقة. تم تحميص المسحوق الأصلي عند درجة حرارة 1180 درجة مئوية. أظهرت دراسة أطياف الإثارة والتألق أن تنشيط السيراميك باستخدام أيونات Eu³⁺ وSm³⁺ وTb³⁺ وEr³⁺ يغير لون توهج المصفوفة الأصلية من الأزرق إلى الأحمر البرتقالي. يرجع هذا التغيير إلى نقل الطاقة بين مراكز التألق في المصفوفة (مجموعات NbO₄) وأيونات العناصر الأرضية النادرة. تطور إحداثيات اللونية CIE للسيراميك (Gd₀.₉₆Eu₀.₀₁Sm₀.₀₁Tb₀.₀₁Er₀.₀₁)NbO₄ عند أطوال موجية مختلفة للإثارة (1 – lect ex = 260 نانومتر، 2 – lect ex = 395 نانومتر) بالمقارنة مع إحداثيات CIE GdNbO 4 / © Journal of Alloys and Compounds يمكن تمثيل آلية التلألؤ على النحو التالي. عند الإثارة في منطقة الامتصاص الداخلي لمجموعات NbO₄ (الطول الموجي 260 نانومتر)، يتم نقل الطاقة من المصفوفة إلى أيونات العناصر الأرضية النادرة. تتركز الطاقة في النهاية على أيونات اليوروبيوم (Eu³⁺)، التي تهيمن انتقالاتها على طيف الانبعاث، مما يخلق نطاقًا مكثفًا يبلغ حوالي 613 نانومتر. تعتمد شدة التوهج على ظروف درجة الحرارة الخاصة بالتوليف. تؤدي الزيادة في درجة حرارة تكليس المسحوق وتلبيد السيراميك إلى زيادة حجم الحبوب وكثافة المادة. وهذا يقلل من مدى حدود الحبوب المشوهة هيكليا، حيث توجد عادة مراكز التبريد التلألؤ. ونتيجة لذلك، زادت كثافة التألق للعينة المعالجة عند درجة الحرارة القصوى بنسبة 38% مقارنة بالعينات التي تم الحصول عليها في درجات حرارة منخفضة. بالإضافة إلى الخصائص البصرية، تعد المعلمات الميكانيكية للمادة مهمة للتطبيقات العملية. أظهرت العينة المثالية الصلابة الدقيقة ومعامل يونج ومقاومة التشققات المماثلة لأورثونيوباتس العناصر الأرضية النادرة الأخرى. تضمن الكثافة العالية والمسامية المنخفضة للسيراميك مقاومة المادة للأحمال الميكانيكية. تظهر المقارنة مع العينات التي تم الحصول عليها عن طريق التلبيد التقليدي ميزة طريقة الضغط الساخن من حيث استهلاك الطاقة والوقت مع الحفاظ على الأداء العالي. إن الجمع بين مقاومة التأثيرات الخارجية والقدرة على تحويل الإشعاع إلى ضوء مرئي يحدد المجالات المحتملة لاستخدام المادة: أبحاث الفضاء. تعتبر هذه المادة واعدة لقياس جرعات الإشعاعات المؤينة الصلبة. القوة الميكانيكية مهمة للاستخدام في بيئات قصف الجسيمات. الصناعة الكيميائية. توفر المسامية المنخفضة مقاومة للبيئات القاسية حيث قد تفشل الإلكترونيات التقليدية. الإلكترونيات الضوئية. يمكن استخدام السيراميك كمكون في صناعة مصابيح LED ذات الضوء الأبيض، وكذلك كمحول للأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء إلى ضوء مرئي. التشخيص الطبي والسلامة. المادة مناسبة للاستخدام كأجهزة وميضية لكاشفات الأشعة السينية وشاشات أجهزة الأشعة السينية. طبقات الحماية الحرارية. يعتبر الهيكل أحادي الميل للأورثونيوباتس واعدًا في إنشاء طبقات عازلة تحمي أجزاء المحرك من الحرارة الزائدة. توضح الدراسة فعالية الجمع بين تصنيع مسحوق الطور السائل والضغط الساخن أحادي المحور لإنتاج سيراميك وظيفي. لقد سمح لنا تحسين التركيبة والعملية التكنولوجية بتحقيق التوازن بين كفاءة الإنارة والموثوقية الميكانيكية. يواصل موظفو معهد الكيمياء وتكنولوجيا العناصر النادرة والمواد الخام المعدنية البحث والبحث عن حلول جديدة للمشاكل التي تتطلب العمل في الظروف القاسية.