Сотрудники ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и Новосибирского государственного университета при участии коллег из Института неорганической химии  им. А.В. Николаева СО РАН оптимизировали методику получения красных нанолюминофоров — люминесцентного материала для различных источников света и биовизуализации. Они применили направленный дизайн и выяснили, что добавка 30 % кислорода в процесс синтеза позволяет повысить квантовый выход, отвечающий за яркость, практически до 70 %.

Нанолюминофор — наноматериал, преобразующий поглощаемую энергию в световое излучение в какой-либо области видимого спектра. Для источников тёплого белого света востребованы красные люминофоры, синтезом которых занимаются учёные Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Одна из ключевых характеристик этого вещества — квантовый выход. Он отображает отношение количества испускаемых фотонов к количеству поглощенных фотонов и отвечает за яркость. Исследователи применили контролируемый дизайн и рассчитали оптимальное количество кислорода для процесса получения соединения — доля в 30 % позволила повысить квантовый выход до рекордных на сегодня 69 %. Результаты опубликованы в Journal of Rare Earths.

Для синтеза нанолюминофора используют микропорошки оксида иттрия с добавленными в него ионами европия — делают мишень, а затем испаряют материал в газовой среде аргона под воздействием лазера. В кристаллической структуре исходного соединения есть дефекты — кислородные вакансии. Из-за них увеличивается затрачиваемая на люминесценцию энергия. Кроме того, они излучают синий, а не красный свет.

Решить проблему дефектов помогла добавка в газовую среду кислорода. Уч`ные определили, что оптимальная доля — 30 %, но даже небольшая добавка кислорода позволяет улучшить стехиометрический состав наноматериала.

«У оксидных люминофоров есть глобальная проблема, которая существенно препятствует их широкому применению. Это нарушение определённого соотношения элементов, или стехиометрии, в кристаллической решётке. Их структура не такая идеальная, как описано в учебниках. В оксиде иттрия на два атома иттрия номинально приходится три атома кислорода, но в реальности кислород в некоторых местах отсутствует. Эти вакансии поглощают энергию и излучают не в красной, а синей области. Из-за этого снижается эффективность люминесценции и меняется цвет излучения. Зная это, мы использовали оптимальное соотношение кислорода в 30 %, приблизили стехиометрический состав к номинальному и повысили квантовый выход почти до 70 %», — рассказывает автор исследования, младший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН Александр Нашивочников. 

Источник: ИК СО РАН.