Ученые из Института катализа СО РАН оптимизировали методику получения красных нанолюминофоров, которые являются световыми материалами для различных источников света и биовизуализации. Новый метод синтеза включает добавление 30% кислорода в процесс и позволяет повысить квантовый выход, который отвечает за яркость, практически до 70%.
Нанолюминофор - это наноматериал, который преобразует поглощенную энергию в световое излучение в видимом спектре. Для источников теплого белого света необходимы красные люминофоры, синтез которых ведут ученые из Института катализа СО РАН. Ключевой характеристикой такого материала является квантовый выход, который показывает отношение количества испускаемых фотонов к количеству поглощенных фотонов и определяет его яркость. Ученые использовали контролируемый дизайн и выяснили оптимальное количество кислорода для процесса синтеза - 30% добавки позволяют повысить квантовый выход до рекордных 69%.
Для синтеза нанолюминофора используются микропорошки оксида иттрия с добавленными ионами европия. Сначала создается мишень, а затем материал испаряется в газовой среде аргона с помощью лазера. В кристаллической структуре исходного соединения присутствуют дефекты - кислородные вакансии, которые увеличивают затрачиваемую на люминесценцию энергию и приводят к испусканию синего света, а не красного.
Для решения проблемы дефектов учеными была предложена добавка кислорода в газовую среду. Оптимальная доля добавки составляет 30%, но даже небольшое количество кислорода помогает улучшить стехиометрический состав наноматериала.
Автор исследования, младший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН Александр Нашивочников, отмечает, что предложенный подход может быть полезен для других научных коллективов, занимающихся люминофорами. Главным результатом исследования является то, что при синтезе оксидных нанолюминофоров необходимо прежде всего решать проблему стехиометрии с помощью направленного дизайна. Традиционный метод, который заключается в постобработке уже готового оксида кислородом на воздухе, обеспечивает квантовый выход всего 25%.
Красные нанолюминофоры имеют широкий спектр применения - от микроэлектроники до биовизуализации, которая используется для диагностики заболеваний. В Институте катализа СО РАН создаются приложения для исследования физических свойств этих наноматериалов, включая светодиоды, невидимые чернила и измерение температуры с помощью люминесценции.
Ученые также работают над созданием светодиодного устройства с использованием нужных компонентов и методики. Они также изготовили несколько образцов невидимых чернил и подтвердили их стабильность. Кроме того, они исследуют возможность использования своих соединений для измерения температуры с помощью люминесценции, что особенно полезно в экстремальных средах, где традиционные методы измерения затруднены.