Российские ученые разработали новый люминофор, обладающий высокой яркостью и стабильностью ( синтезируемое вещество, обладающее способностью к люминесценции ― Примеч. ред.), который по своим функциональным возможностям превосходит существующие аналоги. С целью достижения этой цели, ученые из Уральского федерального университета (УрФУ) в сотрудничестве с коллегами из Тюменского государственного университета и Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН, создали инновационный метод синтеза, основанный на оксисульфиде гадолиния с добавлением церия и тербия. По мнению авторов исследования, полученный материал может быть использован для замены импортных компонентов в авиационной технике, медицинских томографах, системах таможенного досмотра, при разведке нефтяных месторождений и в других сферах, где необходимы детекторы рентгеновского и гамма-излучения. Исследование поддержано Минобрнауки России (проекты № FEUZ-2023–0014, FEWZ-2024-0052, FWES-2024-0003) и опубликовано в журнале Chemistry Europe.
Технология, разработанная учеными УрФУ для получения наночастиц оксидов и оксисульфидов редкоземельных элементов, позволила значительно сократить их размер по сравнению с обычными методами синтеза, а также обеспечить высокую степень однородности и стабильности. Благодаря этому квантовый выход и интенсивность свечения люминофора увеличились более чем на 50%. В ходе исследования было установлено, что размер, наряду с электронно-энергетическими характеристиками, играет важную роль в управляемом синтезе новых оптоэлектронных материалов, отметил администратор исследовательской лаборатории «Гибридные технологии и метаматериалы» УрФУ Дмитрий Юрьевич Бирюков.
Оксисульфид гадолиния, характеризующийся высокой термической и химической стабильностью, низкой токсичностью и эффективностью свечения, служит матрицей для нового люминесцентного материала. Зеленое свечение люминофора с длиной волны 538 нм преимущественно обусловлено ионами тербия. В работе отмечено, что для восприятия человеком зеленый свет является наиболее комфортным. При этом, изменение спектра свечения возможно путем добавления в материал других редкоземельных элементов.
Научному корреспонденту «Научной России» об особенностях разработки рассказал профессор Физико-технологического института УрФУ, научный руководитель лаборатории «Гибридные технологии и метаматериалы» УрФУ Анатолий Федорович Зацепин.
«Эта работа имеет междисциплинарный характер. В ней были задействованы химики, физики и IT-специалисты. В результате был получен новый, эффективный люминофор, характеристики которого превосходят известные аналоги по целому ряду функциональных параметров. Материал может найти применение в тех случаях, когда требуются подобные материалы и приборы на их основе, такие как детекторы, дисплеи, датчики и преобразователи различных излучений (электромагнитных и корпускулярных). Благодаря междисциплинарному подходу был успешно проведен синтез материала в новом качестве: получены стабильные и устойчивые к внешним энергетическим воздействиям наночастицы оксисульфида гадолиния, демонстрирующие повышенную интенсивность фотолюминесценции и высокий квантовый выход, превышающий аналоги более чем в полтора раза. Этот результат во многом обусловлен эффектом пониженной размерности, то есть наноструктурным состоянием данного материала. При определенных условиях структурные дефекты, снижающие эффективность излучательных процессов, диффундируют на поверхность наночастиц. Таким образом, негативное влияние таких дефектов на электронно-оптические свойства материала может быть в значительной степени уменьшено или полностью устранено. Несмотря на то, что материал обладает очень высокими функциональными характеристиками, предстоит еще много работы. В частности, радиационная стойкость материала и его устойчивость к некоторым внешним воздействиям, например к влажной атмосфере, изучены недостаточно детально. Зачем необходимо решать эти вопросы? Они важны, например, для нефтегазовой разведки, где реализуются весьма жесткие и специфические условия, или для аэрокосмической техники, где условия являются экстремальными (воздействие различных излучений и другие факторы, которые могут приводить к частичной деградации обычных материалов). Эти вопросы актуальны также и для других сфер технологической деятельности».
Новость создана при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации