En blyfri keramik som kan användas i applikationer som sträcker sig från optiska sensorer och switchar till krämer för att skydda mot ultraviolett (UV) ljus har utvecklats av A*STAR-forskare.

Keramik tillverkad av kaliumnatriumniobat (KNN) är lovande alternativ till blybaserad keramik i elektrooptiska applikationer. Dock, det är både utmanande och kostsamt att förbättra KNN:s prestanda genom att se till att det har en hög densitet, finkornig, kemiskt enhetlig mikrostruktur.

Känd som PLZT, lantanmodifierad blyzirkonattitanat är en av de mest använda elektro-optiska keramikerna. Ändå finns det allvarliga ekologiska farhågor beträffande toxicitet för miljön och levande organismer när apparater som tillverkats med den kastas; PLZT innehåller cirka 60 procent bly (i vikt). Sökningen fortsätter för att hitta blyfria ersättare för PLZT.

Santiranjan Shannigrahi, och hans kollegor från A*STAR's Institute of Materials Research and Engineering och Institute of High Performance Computing, har utvecklat en metod för att tillverka ett KNN -baserat keramiskt material som har potential att ersätta PLZT.

"Utveckla ett blyfritt, stabil keramik för praktiska tillämpningar var vårt huvudsyfte, "förklarar Shannigrahi." Sedan en tid tillbaka har KNN visat löfte som ett potentiellt alternativ till PLZT, men KNN-baserad keramik lider av ett antal inneboende problem, såsom den låga densiteten hos stora, kubformade partiklar som gör att fukt kan absorberas, vilket gör dem instabila och därför olämpliga för praktisk användning. "

KNN-kristallerna modifieras till nanostorlek, nästan sfäriska partiklar arrangerade i ett perovskitgitterarrangemang. Kalium- och natriumjoner finns i hörnen av det kubformade gallret, syrejoner i ansiktena, och niobiumjoner i mitten. Forskarna ersatte sedan en andel av niobiumjonerna med lantanjoner, ändra kristallstorlek och struktur och skapa ett helt nytt material vars magnetiska och optiska egenskaper kan ställas in när de utsätts för UV.

Det nya materialet absorberar helt UV -ljus när det belyses, förvandlas till en djupblå färg. Detta åtföljs av en betydande ökning av magnetiseringen. Intressant, den återgår till sin ursprungliga färg och magnetisering när belysningen upphör.

"Dessa modifieringar gav en halvtransparent keramik med nanostorlek, sfäriska partiklar med en densitet på cirka 98 procent av den teoretiska potentialen, säger Shannigrahi.

Det nya materialet kan användas i en rad applikationer, inklusive kraftlösa UV -sensorer, optiska omkopplare och detektorer, och för UV -skydd i solskyddsmedel.

"Vårt arbete kan leda till ett mer miljövänligt alternativ till PLZT, och vi engagerar nu industriella partner för vidare utveckling, säger Shannigrahi.