Científicos del Kola Science Centre (KNTs) de la Siberian Branch of RAN y del Saint Petersburg State Technological Institute (SPbGTI TU) sintetizaron soluciones sólidas cerámicas basadas en niobato-tantalatos de erbio. El material combina luminiscencia con efecto de up-conversion, propiedades bactericidas y resistencia mecánica que supera a algunos tipos de acero. El estudio fue publicado en la revista Ceramics, informaron desde el servicio de prensa del Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation.
Cómo se obtiene el material
Para sintetizar las muestras se aplicó un método de fase líquida: los hidróxidos se precipitaron a partir de soluciones y luego se sinterizaron en un horno a 1400°C. A diferencia de los luminóforos convencionales, que absorben energía y emiten luz con menor energía, la nueva cerámica funciona "al revés": absorbe radiación infrarroja (por ejemplo, un láser con longitud de onda de 980 nm) y la transforma en luz visible verde o roja.
Los científicos determinaron que una proporción igual de niobio y tantalio en la composición crea un efecto sinérgico: la intensidad de la luminiscencia en la región visible superó los indicadores del niobato de erbio puro o del tantalato de erbio puro. Esto abre el camino a sensores ópticos de temperatura ultrasensibles.
Acción bactericida y resistencia
El polvo de ErNbO₄ fue probado en tres tipos de microorganismos: bacterias grampositivas, gramnegativas y formadoras de esporas. Bajo la acción de la luz diurna común, la cerámica destruía hasta el 90% de la población. En la oscuridad, el efecto se reducía a la mitad: sobrevivía alrededor de la mitad de las bacterias.
El niobato de erbio puro y las muestras con una pequeña adición de tantalio demostraron los mejores indicadores de resistencia, superando a algunos tipos de acero. Esta cerámica es apta para la fabricación de sensores y contadores que funcionan en condiciones de altas cargas mecánicas.
Dónde se aplicará el desarrollo
Los autores del estudio destacaron varias direcciones:
- producción de láseres, LED y amplificadores ópticos para sistemas de comunicación;
- medicina: agentes de contraste para bioimagen (visualización de procesos dentro del organismo) y terapia fotodinámica de infecciones;
- recubrimientos de filtros para la purificación de agua y aguas residuales: esterilización del medio bajo la acción de la luz;
- termómetros sin contacto para medios agresivos, donde la electrónica convencional deja de funcionar.
La sinergia de una proporción igual de niobio y tantalio permitió por primera vez combinar en un solo material luminiscencia de up-conversion, alta resistencia mecánica (superior a algunos aceros) y actividad bactericida fotoinducida (destrucción del 90% de las bacterias con luz).
Este tipo de cerámica resuelve varias tareas a la vez: permite crear sensores ópticos sin contacto para medios agresivos, agentes terapéuticos fotodinámicos eficaces y recubrimientos para sistemas de purificación de agua autodesinfectantes, sin utilizar química adicional ni ultravioleta.
Lea también otros materiales sobre el tema:
- Avance en motores aeronáuticos: en Russia crearon una cerámica que soporta 2000°C
- Cerámica con resistencia eléctrica controlable desarrollada por científicos de YuNTs RAN, DGTU y YuFU
- Cerámica de nueva generación para motores aeronáuticos: en TPU desarrollaron un recubrimiento que soporta 1100°C y no se oxida
