21 February 2023, 21:00

Получен красный нанолюминофор с рекордным квантовым выходом

Ученые Института катализа СО РАН с помощью метода лазерного испарения синтезировали люминесцентные наноматериалы — красные оксидные нанолюминофоры на основе оксида иттрия. Им удалось достичь рекордного квантового выхода в этих соединениях — выше 60%, а значит, источники на их основе будут энергоэффективными и яркими. Полученные материалы уже могут использоваться в биотехнологиях и электронике.

Получен красный нанолюминофор с рекордным квантовым выходом
Кристаллическая структура наноматериала

Нанолюминофор — это наноразмерное вещество, которое преобразовывает поглощаемую энергию в световое излучение в какой-либо области видимого спектра. Красные нанолюминофоры востребованы на рынке, так как позволяют получать источники теплого белого света.

В ряде приложений красное свечение нужно само по себе. Такие нанолюминофоры применяют для создания оптических меток в биовизуализации — передовом методе диагностики заболеваний, в том числе онкологических. Их используют в новейших дисплеях для повышения пространственного разрешения. Наконец, они нужны для термолюминесцентных датчиков.

Чем меньше размер светящихся наночастиц, тем они эффективнее для указанных приложений. Но при уменьшении их размера падает показатель квантового выхода — отношение количества испускаемых фотонов к количеству поглощенных фотонов. Квантовый выход отвечает за энергоэффективность и яркость источников на основе нанолюминофоров.

«Существующие на рынке люминофоры изготавливаются на основе кубической фазы оксида иттрия. Ее достаточно легко получить химическими методами, но у нее невысокий квантовый выход, а красный свет недостаточно красный. У оксида иттрия есть другая фаза, моноклинная, которая имеет совершенно иную кристаллическую структуру и которую химическими методами получить нельзя. Мы смогли синтезировать ее физическим методом — методом лазерного испарения. Мы увидели, что ее люминисцентные характеристики лучше, чем у кубической фазы. Добавив ионы европия, мы смогли получить рекордный квантовый выход для таких соединений — 61%, и более красный свет», — рассказывает автор исследования, научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН, к.ф.-м.н. Антон Костюков.

Чтобы получить красные нанолюминофоры, ученые взяли оксид иттрия с добавленными в него ионами европия и приготовили из него плотную мишень — керамическую таблетку. Эту таблетку поместили в установку лазерного синтеза, состоящую из лазера и вакуумной камеры, где происходит лазерное испарение. Под действием лазера мишень испарялась, а ученые управляли конденсацией испаренных частиц. Подобрав оптимальные условия, они смогли получить искомый наноразмерный люминофор с моноклинной структурой.

По словам Антона Костюкова, полученное соединение уже готово для применения в биотехнологических или электронных приложениях — необходимо только масштабировать объемы производства нанолюминофора.

News article publications

Read also

Обнаружены новые особенности спирального антиферромагнетика GdRu2Si2
Международная команда физиков изучила энергетическую структуру спирального антиферромагнетика GdRu2Si2. Были обнаружены новые особенности, что позволит улучшить приборы, использующие магнитную память.
Materials Science
Nanotechnology
Spectroscopy
26 December 2023
Покрытие с наностолбиками защитит силиконовые импланты от бактерий
Ученые из МФТИ, Института биохимии и генетики УФИЦ РАН и Тамбовского государственного технического университета разработали покрытия, которые обезопасят от микробного загрязнения импланты, вживляемые в человеческий организм.
"Smart" materials
Materials Science
Nanotechnology
23 August 2023
«Электронный нос» будет контролировать безопасность пластика вместо людей
Вместе с методами машинного обучения сенсор поможет точнее отслеживать содержание потенциально вредных веществ во вторичном пластике — отличить его от первичного уже удалось с точностью до 98,5%
Machine learning
Materials Science
Nanotechnology
Sensors
18 July 2023
Электродинамическая ловушка помогла охарактеризовать четыре свойства частиц
Новый недорогой подход объединил в себе сразу несколько проверенных методик и показал свою эффективность: погрешность определения массы составила примерно 10%, размера и заряда — 16%, а плотности — 18%
Electrodynamics
Materials Science
Nanotechnology
New techniques
17 July 2023
Новый биоразлагаемый наноматериал оказался способен к самодезинфекции
Он состоит из биоразлагаемых поликапролактоновых волокон с наночастицами серебра. Его можно использовать при изготовлении повязок на раны, в системах очистки воды и фильтрации воздуха
Materials Science
Microbiology
Nanotechnology
27 June 2023
Легирование перовскитов позволило им излучать свет с разными длинами волн
Весь процесс происходил в растворе при комнатной температуре, а для точной настройки длины волны излучаемого света необходимо было лишь менять соотношение добавляемых прекурсоров — источников ионов иттербия и марганца
Materials Science
Nanophotonics
Nanotechnology
7 June 2023