Ученые Института катализа СО РАН с помощью метода лазерного испарения синтезировали люминесцентные наноматериалы – красные оксидные нанолюминофоры. 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.

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.

Ученым Института катализа СО РАН удалось решить проблему низкого квантового выхода.

«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 берут оксид иттрия с добавленными в него ионами европия и готовят из него плотную мишень – керамическую таблетку. Эту таблетку помещают в установку лазерного синтеза, состоящую из лазера и вакуумной камеры, где происходит лазерное испарение. Под действием лазера мишень начинает испаряться, а ученые управляют конденсацией испаренных частиц. Подобрав оптимальные условия, они получают наноразмерный люминофор с моноклинной структурой.

Порошок нанолюминофора после облучения светом с длиной волны 365 нанометров.

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

Статья на основе исследования опубликована в журнале Ceramics International.

Источник: Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН.