Ученые разработали стабильный светоизлучающий композитный материал на основе нанокристаллов перовскита
Международная группа ученых, в которую вошли исследователи из Университета ИТМО, разработала новый композитный материал на основе нанокристаллов перовскита для создания миниатюрных источников света с улучшенными выходными параметрами. Благодаря внедрению нанокристаллов перовскита в пористые микрочастицы стекла стало возможным увеличить время работы таких устройств почти в три раза, а последующее покрытие таких частиц полимерами позволило повысить стабильность их оптических характеристик при нахождении в воде, что является очень важным для создания источников света для применения в биологических средах. Результаты исследования в журнале ChemNanoMat.
Нанокристаллы перовскитов являются одними из наиболее изучаемых объектов современного материаловедения. Они обладают превосходными оптическими характеристиками (например, чистота и яркость излучаемого света), что делает их привлекательными для использования в современных лазерных системах. В частности, использование перовскитов позволяет создавать лазеры микронных размеров. Это является важным для визуализации процессов в сильно рассеивающих средах, таких как биологические ткани.
Однако перовскиты являются нестабильными на воздухе, при взаимодействии с водой, а также при интенсивной засветке. Поэтому одной из главных задач, которая стоит перед научным сообществом, является увеличение стабильности нанокристаллов перовскитов.
«Чтобы увеличить стабильность перовскитов, можно покрывать нанокристаллы специальными органическими молекулами, а можно внедрять нанокристаллы в защитные матрицы, — рассказывает доцент факультета фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО Елена Ушакова. — Важными аспектами при выборе матриц для внедрения перовскитов является их инертность и прозрачность в видимом диапазоне длин волн. Такими свойствами обладает пористое стекло. Следует также отметить, что форма и размер таких матриц, количество пор внутри них могут быть легко изменяемы в зависимости от области их дальнейшего применения. Так, для создания миниатюрных лазеров можно использовать пористые шарики стекла микронных размеров, которые будут играть роль как защитной матрицы, так и оптического резонатора».
Международная группа ученых, в которую вошли сотрудники Университета ИТМО, Физико-технического института им. Иоффе, а также Городского университета Гонконга, исследовали различные условия внедрения нанокристаллов перовскита в пористые шарики диоксида кремния и выявили оптимальные параметры изготовления люминесцентного материала, интенсивность излучения которого оставалась на уровне 85% от исходной. При этом интенсивность излучения тех же нанокристаллов без защитной матрицы уменьшилась до 20%. Такие композитные материалы оказались также стабильными при воздействии интенсивного УФ излучения, которое может быть использовано в качестве источника оптической накачки при построении лазерных систем.
Светоизлучающий композитный материал на основе нанокристаллов перовскита под микроскопом. Источник: ChemNanoMat
Светоизлучающий композитный материал на основе нанокристаллов перовскита под микроскопом. Источник: ChemNanoMat
«Следующим шагом в нашей работе стала разработка защитного слоя для таких светоизлучающих микросфер с нанокристаллами перовскита при переносе в водные растворы, — комментирует Елена Ушакова, первый автор статьи. — Для этого мы использовали известную методику послойного нанесения противоположно заряженных полимеров на поверхность микросфер. Таким образом, полученные люминесцентные шарики могут быть диспергированы в воде с сохранением их оптических свойств, что является важным для их дальнейшего применения в качестве источников света в биологических тканях».
Журналист
Учебное заведение
