Los investigadores modificaron la forma y el tamaño de los cristales KNN en tamaño nanométrico, partículas casi esféricas dispuestas en una estructura de perovskita, similar a la imagen de arriba. Crédito:Niethammer Zoltan / Shutterstock
Los investigadores de A * STAR han desarrollado una cerámica sin plomo que podría usarse en aplicaciones que van desde sensores e interruptores ópticos hasta cremas para proteger contra la luz ultravioleta (UV).
Las cerámicas hechas de niobato de sodio y potasio (KNN) son alternativas prometedoras a las cerámicas a base de plomo en aplicaciones electroópticas. Sin embargo, Es desafiante y costoso mejorar el rendimiento de KNN asegurándose de que tenga una alta densidad, de grano fino microestructura químicamente uniforme.
Conocido como PLZT, El titanato de circonato de plomo modificado con lantano es una de las cerámicas electroópticas más utilizadas. Sin embargo, existen serias preocupaciones ecológicas con respecto a la toxicidad para el medio ambiente y los organismos vivos una vez que se desechan los dispositivos fabricados con él; PLZT contiene alrededor del 60 por ciento de plomo (en peso). La búsqueda continúa para encontrar reemplazos sin plomo para PLZT.
Santiranjan Shannigrahi, y sus colegas del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales de A * STAR y del Instituto de Computación de Alto Rendimiento, han desarrollado un método para fabricar un material cerámico basado en KNN que tiene el potencial de reemplazar PLZT.
"Desarrollando un cerámica estable para aplicaciones prácticas era nuestro objetivo principal, "explica Shannigrahi." Desde hace algún tiempo KNN se ha mostrado prometedor como una alternativa potencial a PLZT, pero las cerámicas basadas en KNN sufren una serie de problemas intrínsecos, como la baja densidad de grandes, partículas en forma de cubo que permiten la absorción de la humedad, haciéndolos inestables y por lo tanto inadecuados para un uso práctico ".
Cristales KNN después de la modificación y adición de iones de lantano. Crédito:Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales
Los cristales KNN se modifican en tamaño nanométrico, partículas casi esféricas dispuestas en una disposición de celosía de perovskita. Los iones de potasio y sodio se encuentran en las esquinas de la celosía en forma de cubos, iones de oxígeno en las caras, e iones de niobio en el centro. Luego, los investigadores reemplazaron una proporción de los iones de niobio con iones de lantano, cambiando el tamaño y la estructura del cristal y creando un material completamente nuevo cuyas propiedades magnéticas y ópticas se pueden ajustar cuando se exponen a los rayos UV.
El nuevo material absorbe completamente la luz ultravioleta cuando se ilumina, convirtiéndose en un color azul profundo. Esto va acompañado de un aumento significativo de la magnetización. Curiosamente, vuelve a su color y magnetización originales una vez que cesa la iluminación.
"Estas modificaciones produjeron una cerámica semitransparente con tamaño nanométrico, partículas esféricas con una densidad de aproximadamente el 98 por ciento del potencial teórico, "dice Shannigrahi.
El nuevo material podría utilizarse en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo sensores UV impotentes, interruptores y detectores ópticos, y para la protección UV en filtros solares.
"Nuestro trabajo podría conducir a una alternativa más ecológica a PLZT, y ahora estamos contratando socios industriales para un mayor desarrollo, "dice Shannigrahi.
