Ученые из Университета Оклахомы разработали гибридные материалы, которые бросают вызов традиционным представлениям о том, как работают светоизлучающие соединения, и могут способствовать развитию технологий быстрого обнаружения радиации. Исследование, опубликованное в Journal of the American Chemical Society, разработанный метод открывает новые возможности для получения многослойных перовскитов, объединяющих преимущества органических и неорганических составляющих.
Перовскиты представляют собой кристаллические вещества, характеризующиеся уникальной структурой расположения атомов, что обуславливает их растущую важность в области материаловедения. Ранее исследования, посвященные перовскитам, преимущественно концентрировались на их неорганическом составе, так как именно он обычно определяет ценные характеристики этих материалов.
В рамках работы, проводимой командой Университета Оклахомы под руководством М. С. Мухаммада, аспиранта кафедры химии и биохимии, были созданы материалы, основанные на новом методе проектирования, который позволяет эффективно использовать свойства органического компонента в гибридной структуре. Благодаря встроенным органическим молекулам, эти материалы обладают способностью к свечению. Под действием радиации интенсивность светоизлучения достигает рекордных показателей, что критически важно для выявления высокоэнергетического излучения.
«Сочетание неорганических и органических компонентов в гибридном материале позволяет нам воспользоваться достоинствами обеих структур, — отмечает Мухаммад. — Для детекторов быстрых частиц важны характеристики оперативного сцинтилляционного эффекта, то есть необходимо, чтобы свечение возникало быстро. Органический компонент способен обеспечить такую особенность».
Инкорпорирование молекул стильбенов в многослойные структуры перовскита позволило исследователям добиться пятикратного повышения эффективности светоизлучения по сравнению с использованием исключительно органических соединений.
Мухаммад сделал ряд открытий, задавшись вопросом о том, определяются ли уникальные характеристики перовскитов исключительно составом их неорганической части. Как отмечает Байрам Сапаров, старший автор публикации, человек, не знакомый с данной областью, может задаться вопросом о важности источника свечения – органической или неорганической составляющей структуры. Однако выяснилось, что свойства свечения этих компонентов существенно отличаются.
Свет от органических источников распространяется быстрее, чем от неорганических, и в определенных ситуациях необходимо принимать во внимание время или интенсивность излучения.
«По словам Сапарова, необходимы детекторы для регистрации быстрых нейтронов, рентгеновского излучения и гамма-излучения, и для их создания можно применять органические материалы. Разработанная Мухаммадом стратегия позволила повысить эффективность светоизлучения органического компонента в пять раз».
Надежность – еще одно значимое достоинство этих гибридов. Зачастую материалы, используемые для радиационного обнаружения, нуждаются в защитной оболочке, чтобы избежать их разрушения под действием внешних факторов. Испытания показали, что новые материалы сохраняют свои свойства в течение года, находясь под открытым небом и не имея защиты.
«По словам Сапарова, характеристики материалов, разработанных Мухаммадом, сопоставимы с параметрами современных детекторов быстрого излучения. Это свидетельствует об эффективности предложенной в работе стратегии. В перспективе, после дополнительной оптимизации, можно будет добиться повышения люминесцентных свойств этих материалов, что позволит им превзойти существующие аналоги».
[Фото: M S Muhammad / University of Oklahoma]