Концепции получения прозрачной для видимого света керамики были разработаны 40 лет назад, однако до сих пор контролируемый синтез подобных материалов с требуемыми параметрами является сложной задачей. Такая керамика при достижении высокого качества могла бы использоваться, в частности, для производства лазеров (YAG, Nd:YAG, Yb:Y2O3 и т.п.). Качественная прозрачная керамика обычно получается из веществ, имеющих кубическую кристаллическую структуру, т.к. в ней можно избежать рассеяния света из-за эффекта двойного лучепреломления. В принципе, чем меньше размер зерен и число дефектов, тем выше должна быть прозрачность материала.

Для получения плотной прозрачной керамики необходимо использовать нанопорошки и проводить спекание при достаточно низких температурах, чтобы избежать значительного роста зерен. Исследователи из University of Michigan и Sandia National Laboratories (США) получили нанопорошки Y2O3, допированного иттербием, тулием и эрбием, методом пиролиза аэрозолей и изготовили из них образцы прозрачной керамики.

В полученном порошке размер частиц не превышал 50 нм (рис. 1). Порошки спрессовывались в таблетки, сырая плотность которых составляла 60-63 % от теоретической. Далее таблетки спекались при 1400 °С до плотности 95 %, а после этого дополнительно подвергались изостатическому прессованию при тех же 1400 °С и итоговому отжигу при 1250 °С. В результате получались прозрачные таблетки, приведенные на рисунке 2. Микроструктура керамики представлена на рисунке 3. Итоговая плотность составила 98 % при среднем размере зерен 400 нм.

Спектр пропускания изображен на рисунке 4. Хотя прозрачность в видимой области спектра далека от идеальной, одна все же достаточна для практических применений. Для света с длиной волны 980 нм наблюдается сильное поглощение. При освещении материала светом с такой длиной волны, он излучает на 662 нм, т.е. происходит повышающее преобразование частоты (рис. 5). Как отмечают авторы, такое явление для прозрачной керамики ранее не было описано.

По мнению ученых, такой материал может быть использован для создания, ни много ни мало, 3D дисплея. Принцип действия у него следующий. Берется полая оболочка (лучше сфера), по поверхности которой упорядоченно распределены пиксели люминофора, обладающего свойством повышающего преобразования частоты. Тогда при освещении пикселей изнутри лазером они начнут светиться в видимом диапазоне, что мы и увидим снаружи. Пиксели не должны быть больше 50 мкм, и их необходимо разделить неизлучающим материалом. Такую матрицу можно попытаться изготовить путем экструзии полимера, содержащего частицы люминофора. В общем, осталось только научиться прессовать таблетки микронных размеров, и можно будет делать из них пиксели.