Ученые Института катализа СО РАН разработали метод для оптимизации получения красных нанолюминесцентных материалов, которые используются в различных источника света и для биовизуализации. Путем добавления 30% кислорода в процесс синтеза, удалось повысить квантовый выход этих материалов, отвечающий за их яркость, практически до 70%.

Нанолюминофоры — это наноматериалы, которые преобразуют поглощаемую энергию в световое излучение в определенной области видимого спектра. Для источников теплого белого света особенно востребованы красные люминофоры. Ученые из Института катализа СО РАН занимаются синтезом таких материалов. Одним из ключевых параметров материала является квантовый выход, который отражает соотношение количества испускаемых и поглощаемых фотонов и отвечает за яркость материала. С помощью контролируемого дизайна, ученые определили оптимальное количество кислорода (30%), которое позволяет повысить квантовый выход почти до 70%.

Для синтеза нанолюминофоров используются микропорошки оксида иттрия с добавлением ионов европия. Материал испаряется в газовой среде аргона под воздействием лазера. В исходном соединении присутствуют дефекты — кислородные вакансии, которые увеличивают затрачиваемую на люминесценцию энергию и приводят к излучению синего, а не красного света.

Добавка кислорода в газовую среду помогла решить проблему дефектов. Ученые определили оптимальное количество кислорода (30%), которое позволило улучшить стехиометрический состав материала. Они приблизили его к номинальному значению и повысили квантовый выход почти до 70%.

Александр Нашивочников, автор исследования и младший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа Института катализа СО РАН, указал, что предложенный подход может быть полезен для других научных коллективов, занимающихся люминофорами. Главным выводом исследования является необходимость решения проблемы стехиометрии при синтезе оксидных нанолюминофоров с помощью направленного дизайна. Традиционный метод постобработки, который включает обработку готового оксида кислородом на воздухе, позволяет достичь квантового выхода всего 25%.

Красным нанолюминофорам свойственен широкий спектр применения — от микроэлектроники до биовизуализации для диагностики заболеваний. В Институте катализа СО РАН создают приложения для исследования физических свойств этих материалов, такие как светодиоды и «невидимые» чернила. Они также исследуют возможности использования нанолюминофоров в оптической термометрии для измерения температуры в жестких экстремальных условиях.

Источник: ФИЦ «Институт катализа СО РАН»