Коллектив учёных разработал новый люминесцентный материал на основе шестиядерного кластерного комплекса молибдена, который демонстрирует интенсивное свечение в видимом диапазоне под воздействием рентгеновских лучей. При этом материал не разрушается при нагреве, высокой влажности и в агрессивных средах, таких как кислоты и щелочи, благодаря чему может использоваться для преобразования рентгеновского излучения в видимый свет в медицинских томографах и аппаратах для досмотра багажа. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Frontiers.

В медицинских томографах, системах безопасности и досмотра багажа используются материалы-сцинтилляторы, которые испускают свет (люминесцируют) под действием ионизирующего, в том числе рентгеновского излучения. Большинство таких материалов представляют собой неорганические кристаллы, которые выращивают в высокотемпературных печах или осаждают в виде толстых слоев в сложных установках вакуумного напыления. Хотя неорганические сцинтилляторы испускают очень яркий свет, они часто оказываются хрупкими, поэтому требуют аккуратного обращения при установке в приборы и эксплуатации. Альтернативой им могут служить органические комплексы, однако существующие образцы менее стабильны и быстро теряют свою яркость под действием рентгеновских лучей. Поэтому учёные ищут новые материалы-сцинтилляторы, сочетающие высокую эффективность, устойчивость к действию влаги и химикатов, а также простоту изготовления.

Сотрудники Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (Новосибирск), Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (Москва), Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (Новосибирск) и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова предложил новый люминесцентный материал на основе неорганического кластерного комплекса молибдена. Комплекс, взятый за основу, представляет собой октаэдрический металлокластер молибдена, окружённый иодид- и цианид-лигандами — химическими группами из иода или азота и углерода соответственно. Такие вещества испускают яркий красный свет при облучении ультрафиолетом или рентгеновским излучением, однако теряют это свойство при высокой влажности, что ограничивает их применение.

Авторы усилили свечение молибденсодержащих кластеров и значительно повысили их стабильность за счёт связывания их в устойчивое полимерное соединение через окружённые органическими лигандами катионы серебра.

Исследователи протестировали свойства исходного и нового соединений при воздействии на них рентгеновских лучей. Оказалось, что взятый за основу кластер испускает крайне слабое свечение, в то время как связывание кластеров через катионные комплексы серебра с органическими лигандами улучшает люминесцентные свойства материала примерно в сто раз. Эффективность свечения гибридного полимерного соединения оказалась сопоставимой с коммерчески используемыми неорганическими сцинтилляторами.

Более того, связанный в полимерную структуру кластер стал устойчив к кипячению, действию кислот и щелочей, а также длительному облучению мощным рентгеновским излучением, которое быстро выводит из строя большинство известных аналогов.

Чтобы протестировать полученный сцинтиллятор на практике, специалисты факультета наук о материалах МГУ изготовили на его основе тонкие рентгеновские экраны и испытали их на лабораторных источниках рентгеновского излучения и модельных объектах. Это позволило получить рентгеновские изображения рукотворных и природных мелких объектов — гибкой печатной платы и креветки — с разрешением, не уступающим коммерческим аналогам.

«Нам удалось синтезировать материал, сочетающий одновременно высокую стабильность и яркое свечение, чего ранее не получалось добиться для соединений на основе ярко люминесцирующих кластерных комплексов молибдена. Это открывает путь к созданию надёжных и долговечных датчиков ионизирующего излучения, сцинтилляторов для компьютерных томографов и других систем визуализации, где используются рентгеновские лучи. Важно, что предложенный комплекс можно синтезировать из доступных компонентов и при относительно низких температурах. Применение разработанных нами материалов в составе рентгеновского визуализационного материала — это первый результат нашего сотрудничества с коллегами с факультета наук о материалах МГУ и из ФИАН. Полагаю, этот яркий во всех смыслах слова результат ляжет в основу создания целого ряда высокостабильных люминесцентных материалов, которым найдётся применение в российской промышленности», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Константин Брылёв, доктор химических наук, профессор РАН, директор ИНХ СО РАН.

Источник: пресс-служба РНФ.