Люминесцентные наноматериалы с рекордным квантовым выходом (более 60%) и улучшенным красным цветом синтезировали методом лазерного испарения ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН», 20 февраля сообщает пресс-служба института.

Новые материалы позволят создавать на их основе более энергоэффективные и яркие источники излучения для использования в биотехнологии и электронике.

Нанолюминофор преобразовывает поглощаемую им энергию в световое излучение видимого спектра. С помощью красных нанолюминофоров можно получать источники теплого белого света, что определяет их востребованность на рынке.

В некоторых случаях, однако, нужно именно красное свечение, например, для создания оптических меток в биовизуализации, применяемой для диагностики заболеваний, в том числе онкологических.

Кроме того, красные нанолюминофоры используются в дисплеях для повышения пространственного разрешения и в термолюминесцентных датчиках. При этом эффективность их использования для данных приложений тем выше, чем меньше размер наночастиц.

Однако уменьшение размера нанолюминофоров приводит к снижению показателя квантового выхода, определяемого как отношение количества испускаемых фотонов к количеству поглощенных фотонов. Квантовым выходом определяется энергоэффективность и яркость источников на основе нанолюминофоров.

Как ученым Института катализа (ИК) СО РАН удалось решить проблему повышения квантового выхода, рассказал автор исследования, научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН, к. ф.-м. н. Антон Костюков:

«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 люминесцентные характеристики лучше, чем у кубической фазы. Добавив ионы европия, мы смогли получить рекордный квантовый выход для таких соединений — 61%, и более красный свет».

Процесс синтеза красных оксидных нанолюминофоров состоит из нескольких этапов. На первом из оксида иттрия (Y) с добавкой ионов европия (Eu³⁺) изготавливают плотную керамическую таблетку. Далее эту таблетку помещают в вакуумную камеру установки лазерного синтеза, где и происходит лазерное испарение.

Под действием лазера мишень начинает испаряться, а ученые Конденсация испаренных частиц происходит под управлением исследователей, что позволило им подобрать оптимальные условия для создания наноразмерного люминофора с моноклинной структурой, диаметром сферических частиц 20 нм и высокой чистотой цвета (96%).

Результаты исследования ученые представили в статье «Высокий квантовый выход красноизлучающего нанолюминофора, легированного Eu3+, на основе моноклинного Y₂O₃», опубликованной в журнале Ceramics International.

Антон Костюков пояснил, что следующим этапом для промышленного использования нового соединения станет масштабирование объемов производства нанолюминофора.