Основной задачей проекта является поиск и создание материалов с низким (близким к нулевому и отрицательным) термическим расширением на основе боратов, боросиликатов, сульфатов для светодиодов, лазерных и магнитных материалов. Для решения этой задачи планируется синтез, изучение строения и свойств новых минералоподобных прототипов материалов, обладающих близким к нулевому или отрицательным термическим расширением, и создании на их основе люминофоров нового поколения с нулевым или анти-термическим тушением люминесценции для чипов светодиодов и лазерных материалов.
Коллектив авторов имеет глубокий задел в исследовании термического поведения веществ и их люминесценции. Областью пересечения этих двух свойств материалов является наличие/отсутствие нулевого или анти-термического тушения люминесценции. В случае низкого термического расширения, то есть подбора материала с нулевым или отрицательным расширением, это может являться кристаллохимическим критерием в той или иной степени защищенности люминофора от термического тушения люминесценции. В отличие от большинства работ на эту тему, в которых основное внимание уделяется термолюминесцентным свойствам, в настоящем проекте внимание сфокусировано на термическом поведении материалов, изучаемым на атомном и макроуровне методами терморентгенографии и дилатометрии соответственно. Будет развита теория термического расширения кристаллов, в частности будет адаптирован механизм сдвиговых деформаций на любые косоугольные кристаллы.
С целью поиска материалов с низким (близким к нулевому или отрицательным) термическим расширением в проекте запланировано изучение термического расширения четырех сульфатов Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, Y2(SO4)3, Sc2(SO4)3, построенных из тех же структурных единиц, что и вольфрамат Zr(WO4)2, обладающий объемным отрицательным термическим расширением, двух боролейцитов-борополлуцитов KBSi2O6 и CsBSi2O6 с топологически идентичными тетраэдрическими каркасами, различающимися симметрией (I-43d-, P21/a- и Ia-3d-полиморфы).
На основании изучения фаз с ожидаемым низким термическим расширением будут синтезированы люминофоры Y2(SO4)3:Eu3+ и Sc2(SO4)3:Eu3+, CsBSi2O6:Eu3+, возможно также KBSi2O6:Eu3+, различающиеся величиной объемного расширения, и изучены их термолюминесцентные свойства.
Одним из подходов контроля и учета термического расширения при изменении температуры являются фазовые переходы (Takenaka, 2018), происходящие с уменьшением объема, что позволяет нивелировать расширение в определенном интервале температур. Планируется исследование термической структурной эволюции бората RbB3O5 (по данным терморентгенографии) и боролейцита KBSi2O6 (по данным монокристальной дифрактометрии при повышенных температурах). Авторами проекта были изучены фазовые переходы и термическое расширение полиморфов бората RbB3O5 в процессе изосимметрийного перехода 1 рода с гигантским скачком величины двух параметров элементарной ячейки – один в полтора раза резко возрастает, другой уменьшается – с сохранением топологии борокислородного каркаса, будет выявлена причина сохранения каркаса. Тетраэдрический каркас в боролейците также сохраняется при переходах I-43d-кубический – P21/a-моноклинный – Ia-3d-кубический, близких ко второму роду, однако в Ia-3d-фазе максимально распрямляется, что приводит практически к нулевому термическому расширению.
Эксперименты будут выполнены на современном сертифицированном оборудовании в ресурсных центрах СПбГУ. Данные исследования будут являться оригинальными и будут представлять значительный интерес для мировой научной общественности, новизна результатов работы будет подтверждена публикациями в ведущих тематических научных изданиях, индексируемых Web of Science и Scopus, в журналах Q1 и Q2.