Ученые создали яркие нанолюминофоры широкого спектра действия

11:29, 29 ноября 2021

Разработка найдет множество применений — от медицины до лазерной обработки материалов

Михаил Зуев в лаборатории оксидных систем УрО РАН, где в том числе проходят исследования нанолюминофоров. Фото: Василина Лиотэ.

Группа ученых Уральского федерального университета и Уральского отделения РАН впервые получила нанолюминофоры с высокой интенсивностью светового излучения. Использовать их можно в разработке LED-устройств, лазеров, а также для создания биологических меток для мониторинга здоровья пациентов. Статья об исследовании опубликована в журнале Results in Optics.

Люминофором называется вещество, которое преобразовывает поглощаемую энергию в световое излучение. В данном случае речь идет о создании наноразмерных частиц, люминесцирующих от инфракрасного излучения. Яркость излучения в новых нанолюминофорах в 80 раз выше, чем в аналогичных по составу объемных соединениях. Высокая эффективность светоотдачи позволит усовершенствовать волоконные лазеры для обработки различных материалов, повысить яркость белых светодиодов — экологичных источников света. Еще одним перспективным направлением является создание биологических меток для визуализации процессов, происходящих в организме.

«Люминофоры могут применяться в различных сферах, в т. ч. в медицине для визуализации различных патологий в тканях и клетках организма. Благодаря своим оптическим свойствам наночастицы могут возбуждаться непосредственно через биоткань, а возбуждающий фотолюминесценцию свет инфракрасного диапазона не оказывает вредного воздействия на организм. Однако необходимы доклинические исследования на животных для определения эффективности и безопасности применения наночастиц», — говорит профессор кафедры физической и коллоидной химии УрФУ, главный научный сотрудник института химии твердого тела УрО РАН Михаил Зуев.

Ученые выяснили, что интенсивность свечения в нанолюминофорах можно увеличить за счет ионов эрбия и иттербия. При определенной концентрации этих ионов в наночастицах возникает эффект фотонной лавины, когда поглощение одного фотона приводит к испусканию множества других.

«Данный состав наноразмерных люминофоров мы получили впервые. Это сложные силикатные нанолюминофоры, состоящие из стронция, иттрия, кремния и кислорода. Также мы добавили трехзарядные ионы редкоземельных металлов эрбия и иттербия. Именно ионы эрбия и иттербия дают существенное увеличение интенсивности красного свечения за счет эффекта фотонной лавины. Эффект фотонной лавины в силикатных редкоземельных нанолюминофорах мы обнаружили впервые», — отмечает Михаил Зуев.

Ученые получили силикатные аморфные нанолюминофоры путем испарения электронным пучком объемных образцов. Впервые они применили этот метод к силикатным люминофорам, содержащим ионы европия. Уменьшение до наноразмерного состояния привело к изменению цвета фотолюминесценции.