Методику получения высококачественных красных нанолюминофоров, широко используемых как в промышленности, так и в науке, и в медицинской диагностике, оптимизировали ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» (ИК СО РАН), 1 февраля сообщает пресс-служба института.

Разработанный исследователями ИК СО РАН направленный дизайн с помощью добавки в процессе синтеза 30% кислорода позволил повысить обеспечивающий яркость люминофора квантовый выход до 70%.

Нанолюминофор представляет собой наноматериал, который преобразовывает поглощаемую его веществом энергию в световое излучение определенной области видимого спектра. Для создания источников теплого белого света необходимы красные люминофоры, синтез которых и исследуют ученые ИК СО РАН.

Ключевой характеристикой люминофоров является квантовый выход, показывающий отношение количества испускаемых фотонов к количеству поглощенных фотонов, то есть этот параметр определяет яркость испускаемого света.

В ИК СО РАН исследовался газофазный синтез нанолюминофоров красного спектра излучения из микропорошка оксида иттрия Y₂O₃, легированного ионами европия Eu³⁺. По этой технологии такой порошок испаряют в газовой среде аргона под воздействием лазера, который затем осаждается на подложке-мишени.

В кристаллической структуре исходного микропорошка Y₂O₃ существуют дефекты — кислородные вакансии, из-за которых квантовый выход падает, а кристаллы излучают синий, а не красный свет.

Решить проблему дефектов исследователям помогла добавка в газовую среду кислорода. Как рассказал автор исследования, младший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН Александр Нашивочников, они установили, что заполнить эти вакансии можно, если применить в процессе синтеза кислород.

Проведенные исследования показали, что его оптимальная доля в исходной среде аргона составляет 30%. В этом случае стехиометрический состав приближается к номинальному, а квантовый выход составляет почти 70%. Тогда как традиционная технология обеспечивает лишь 25%. Но даже небольшая добавка кислорода, отметил ученый, улучшает состав наноматериала.

Исследователи считают, что предложенный ими подход могут использовать другие научные коллективы, занимающиеся люминофорами. А главное в нем то, что при синтезе оксидных нанолюминофоров необходимо в первую очередь решать проблему стехиометрии, используя направленный дизайн.

Красные нанолюминофоры, улучшением свойств которых занимаются специалисты ИК СО РАН, имеют очень широкий спектр применения. Их используют в микроэлектронике, биоисследованиях и медицине для биовизуализации при диагностике заболеваний.

В ИК СО РАН сейчас создаются приложения, с помощью которых проводятся исследования физических свойств люминофорных наноматериалов, используемых в светодиодах, симпатических (невидимых) чернилах, а кроме того, ведется тестирование измерения температуры с помощью люминесценции.

«Мы выбрали нужные компоненты для светодиода и методику. Скоро мы начнем его сборку, а затем исследования. Нам надо показать, что наши нанолюминофоры хорошо проявляют себя как компонент реального светодиодного устройства. Что касается невидимых чернил, то мы изготовили несколько образцов и подтвердили их стабильность. Еще мы испытываем возможность применения наших соединений для задач оптической термометрии — измерения температуры с помощью люминесценции. Этот метод востребован для работы в жестких экстремальных средах, где измерение традиционными методами затруднено», — рассказал Александр Нашивочников о планах исследователей.

Результаты исследования нового метода ученые представили в статье «Создание обогащенной кислородом среды в процессе синтеза как эффективный способ улучшения люминесцентных свойств Y₂O₃: Eu³⁺», опубликованной в Journal of Rare Earths.