Химики заставили люминофор светиться вдвое ярче и изменять цвет
Новые комплексы химического элемента из семейства лантаноидов — диспрозия, которые способны ярко светиться при облучении, синтезировали совместно российские и итальянские ученые, 24 февраля сообщают на портале «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Российского научного фонда.
Чтобы улучшить люминесцентные характеристики соединений диспрозия, химики, заменили молекулы обычной воды в их составе на молекулы «тяжелой» — с дейтерием, а часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог — гадолиний.
В результате люминесценцию комплексов удалось увеличить вдвое. Кроме того, появилась возможность тонкой настройки цвета люминесценции за счет изменения содержания гадолиния и дейтерирования, а также получен люминесцентный состав белого света.
Разработанные подходы, считают исследователи, могут быть использованы для получения новых материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
В статье авторы объясняют выбор направления исследования уникальными оптическими и магнитными свойствами лантаноидов, которые определяют их привлекательность для производства различных функциональных материалов и устройств, таких как светоизлучающие устройства, сенсорные материалы, маркеры для биовизуализации и молекулярные магниты. Кроме того, люминесцентные свойства ионов диспрозия Dy³⁺ чрезвычайно привлекательны для создания монометаллических источников белого света и сенсорных материалов.
Научная группа химиков из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, МГУ им. М. В. Ломоносова, Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана и Университета Камерино (Италия) исследовали люминесценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов, который служит «антенной», передающей внешнее излучение атомам лантаноида.
Недостатком многих светящихся соединений является происходящий в них процесс частичного тушения люминесценции. Это связано с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии, что возможно либо испусканием кванта света, то есть люминесценции, либо превращением избытка энергии в тепло. В последнем случае люминесценции не будет — произойдет ее тушение.
Физики рассчитали, что можно улучшить свойства соединения, если заменить обычную воду в его составе на «тяжелую» — D₂O, в которой место атома водорода занимает дейтерий. Эксперимент показал, что в этом случае скорость затухания люминесценции стала втрое медленнее, а светимость стала в два раза ярче.
У соединений, в которых часть атомов диспрозия была заменена гадолинием, скорость затухания также снизилась. Кроме того, добавление гадолиния изменяло спектр свечения с желто-зеленого на белый, близкий к дневному свету.
Руководитель проекта по гранту РНФ, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН доктор химических наук Илья Тайдаков сообщил: «Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами».
