I ricercatori di A*STAR hanno sviluppato una ceramica senza piombo che potrebbe essere utilizzata in applicazioni che vanno dai sensori e interruttori ottici alle creme per la protezione dalla luce ultravioletta (UV).

Le ceramiche realizzate con niobato di sodio e potassio (KNN) sono alternative promettenti alle ceramiche a base di piombo nelle applicazioni elettro-ottiche. Però, è sia impegnativo che costoso migliorare le prestazioni di KNN assicurando che abbia un'alta densità, a grana fine, microstruttura chimicamente uniforme.

Conosciuto come PLZT, Il titanato di zirconato di piombo modificato con lantanio è una delle ceramiche elettro-ottiche più utilizzate. Eppure ci sono serie preoccupazioni ecologiche per quanto riguarda la tossicità per l'ambiente e gli organismi viventi una volta che i dispositivi realizzati con esso vengono scartati; Il PLZT contiene circa il 60% di piombo (in peso). La ricerca è iniziata per trovare sostituti senza piombo per PLZT.

Santiranjan Shannigrahi, e i suoi colleghi dell'Institute of Materials Research and Engineering e dell'Institute of High Performance Computing di A*STAR, hanno sviluppato un metodo per realizzare un materiale ceramico basato su KNN che ha il potenziale per sostituire PLZT.

"Sviluppare una soluzione senza piombo, ceramica stabile per applicazioni pratiche era il nostro obiettivo principale, " spiega Shannigrahi. "Da qualche tempo KNN si mostra promettente come potenziale alternativa al PLZT, ma la ceramica basata su KNN soffre di una serie di problemi intrinseci, come la bassa densità di grandi, particelle a forma di cubo che consentono l'assorbimento dell'umidità, rendendoli instabili e quindi inadatti all'uso pratico."

I cristalli KNN vengono modificati in dimensioni nanometriche, particelle quasi sferiche disposte in una disposizione reticolare di perovskite. Gli ioni potassio e sodio si trovano agli angoli del reticolo a forma di cubo, ioni di ossigeno alle facce, e ioni niobio al centro. I ricercatori hanno quindi sostituito una parte degli ioni niobio con ioni lantanio, modificando la dimensione e la struttura del cristallo e creando un materiale completamente nuovo le cui proprietà magnetiche e ottiche possono essere sintonizzate se esposte ai raggi UV.

Il nuovo materiale assorbe completamente la luce UV quando è illuminato, trasformandosi in un colore blu intenso. Questo è accompagnato da un significativo aumento della magnetizzazione. interessante, ritorna al suo colore originale e alla sua magnetizzazione una volta che l'illuminazione cessa.

"Queste modifiche hanno prodotto una ceramica semitrasparente con dimensioni nanometriche, particelle sferiche con una densità di circa il 98 per cento del potenziale teorico, "dice Shannigrahi.

Il nuovo materiale potrebbe essere utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, compresi sensori UV impotenti, interruttori ottici e rilevatori, e per la protezione dai raggi UV nelle creme solari.

"Il nostro lavoro potrebbe portare a un'alternativa più ecologica al PLZT, e ora stiamo coinvolgendo partner industriali per un ulteriore sviluppo, "dice Shannigrahi.