Разработка и оптимизация люминофоров являются актуальными задачами, в связи с их повсеместным использованием в светодиодном освещении, или Light-Emitting Diode (LED) отрасли. Люминофоры для коммерческих применений должны отвечать ряду требований: превосходная химическая и термическая стабильность, долговечность и изотропность оптических свойств. Структура b-трикальцийфосфата (b-ТСР) обладает широкой изоморфной емкостью, которая позволяет адаптировать замещения и получить ряд преимуществ для применения в технологии светодиодного освещения. Комбинация фосфатной матрицы с различными люминесцентно-активными ионами, в том числе редкоземельных элементов (РЗЭ³⁺), является основой люминофор-конвертируемых светодиодов и позволила получить узкополосное излучение, что отвечает требованию по повышению требований качества света в современных LED сборках, так как световая отдача максимальна, когда ширина полосы излучения не превышает 20−50 нм.
Целью диссертационной работы являлась разработка фундаментальных основ управления люминесцентными свойствами в люминофорах со структурным типом b-трикальцийфосфата путем определения взаимосвязи с кристаллохимическими факторами, такими как строение, влияние изменений в локальном окружении, изоморфная емкость твердых растворов. Поиск и разработка современных люминесцентных материалов отвечает стратегии научно-технологического развития РФ в области энергосбережения и энергоэффективности и определяет практическую значимость работы.
Проведенное в диссертационной работе систематическое исследование позволило получить новые люминофоры с оптимальными функциональными оптическими характеристиками: максимальной интенсивностью узкой полосы свечения в заданной области видимого спектра, высоким квантовым выходом и стабильностью фотолюминесценции. Был разработан принципиально новый подход к получению функциональных материалов, являющихся основой эффективного энергосберегающего LED освещения. Полученные люминофоры представляют новые возможности для неорганического материаловедения в области светодиодного освещения и позволят значительно улучшить его качество. За счет использования синтезированных и изученных материалов была существенно увеличена эффективность LED устройств, более чем в 2.5 раза по сравнению с коммерческими люминофорами, а также снижена их себестоимость.
Также определены подходы к повышению термической стабильности люминесценции для LED сборок высокой мощности с улучшенными цветовыми характеристиками с внедрением объектов исследований в современный технологический цикл. Ряд полученных люминофоров может быть использован для создания люминесцентных термометров, работающих в широком температурном диапазоне 100−500 K с высокой чувствительностью за счет различного температурного поведения полос излучения.
Установленные взаимосвязи между составом, строением и свойствами позволили сформулировать новые экспериментально обоснованные подходы для повышения эффективности неорганических люминофоров на основе трикальцийфосфатов, применимые и к другим структурным семействам.
Предложенные схемы замещений и определенные границы изоморфной емкости в трикальцийфосфатах могут использоваться для дизайна бионеорганических материалов, в частности, для получения костных имплантатов с возможностью биовизуализации. Результаты определения кристаллического строения более 40 новых представителей фосфатов вошли в международные базы дифракционных и структурных данных.
По материалам диссертационной работы опубликовано 37 статей: 24 статьи из списка Q1, 9 статей из списка Q2.