Международная группа учёных синтезировала и изучила соединение, которое поможет значительно удешевить производство светодиодов для получения белого света, имитирующего солнечный. Такие диоды широко применяются в освещении жилых и производственных помещений, для наружной рекламы и выращивания растений предприятиями агропромышленного комплекса. Новое соединение принадлежит к семейству металлгалогенных — диоды, изготовленные на его основе, будут значительно дешевле произведённых с применением ценных редкоземельных металлов. Также отмечается их устойчивость к высоким температурам и высокая «светоносность», достигаемая за счёт усиленной квантовой отдачи. Основные итоги исследования опубликованы в авторитетном журнале Angewandte Chemie — International Edition.

В современном мире существует острая потребность в дешёвых и энергоэффективных светодиодах с хорошим индексом цветопередачи. Это особенно актуально для стран БРИКС, где процессы индустриализации и урбанизации протекают очень быстро, ежедневно увеличивая потребность в доступной энергии. Проблема создания чистого белого излучения, которое органично воспринимается растениями и не раздражает человеческий глаз, актуальна как никогда. Большинство современных решений предполагает использование в конструкции светодиодов (WLED) редкоземельных элементов — это не просто дорогое удовольствие, гораздо опаснее, что ресурс (добывающийся, кстати, в основном в Китае и России) постепенно истощается и является невосполнимым.

«Мы обратились к металлгалогенным соединениям как к более дешёвой и доступной альтернативе. В них зафиксировано много случаев люминесценции от экситонных состояний (это особое электронное возбуждение в материале). Обычно люминесценция происходит при переходах электронов между разными энергетическими уровнями атомов, и на практике очень часто используют редкоземельные элементы, которые дорого стоят и могут закончиться в обозримом будущем. Экситоны же формируются во многих соединениях, и делают это без участия редкоземельных элементов. Фактически работая с этими „демократичными" в плане стоимости и распространённости соединениями, мы можем существенно удешевить производство люминесцентных материалов и насытить недорогими, но качественными светодиодами развивающиеся страны (в первую очередь Китай, где производится большинство экспортируемых в другие страны мира товаров — в том числе, сельскохозяйственная продукция, которая нуждается в круглосуточном хорошем освещении подобием солнечных лучей)», — сообщил доцент кафедры физики твёрдого тела и нанотехнологий СФУ, старший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Максим Молокеев.

Учёный объяснил, что соединение (C9NH20)9[Pb3Br11](MnBr4)2, синтезированное его китайскими коллегами, уже было получено ранее в виде монокристалла другой научной группой. Но вот незадача — предшественники не сумели верно расшифровать созданную в лаборатории структуру. Исследователи из Гуанчжоу, Красноярска, швейцарских Цюриха и Дюбендорфа стали первыми в мире, кто предложил верную структуру нового материала, изучив, к тому же, вопрос излучения, которое получается довольно непривычным путём — с помощью уже упомянутых экситонных состояний.

«Могу выделить несколько ярких преимуществ нового материала: он стойко переносит высокие температуры, и когда мы облучаем его ультрафиолетовым излучением, на выходе получаем очень качественный и мощный поток квантов — это „щедрый" материал. На каждый затраченный ватт энергии мы получаем превосходное количество полезного света (до 90 люмен, для сравнения — лампы накаливания дают 4–15 люмен с каждого ватта)», — уточнил Молокеев.

Учёные раскрыли принцип работы нового соединения: органические молекулы формируют непроводящий слой (по-научному диэлектрический) между полиэдрами, содержащими металл (недорогие общедоступные свинец или цинк). Диэлектрический слой провоцирует формирование экситонов на металлических полиэдрах. Результатом снятия этих возбуждений становится излучение в видимом спектре, ради которого всё, в общем-то, и затевалось.

Тренд на разработку материалов, не использующих редкоземельные элементы, родился в Китае, заинтересованном в сохранении своих природных ископаемых. Практически все современные светильники (и ртутные, и светодиодные) используют дорогие редкоземельные металлы, а значит — нужно пытаться собрать люминесцентный слой ламп из простых химических элементов, которым не грозит исчезновение в лица Земли в ближайшие столетия.

Подчёркивается, что исследование было поддержано грантом РФФИ (БРИКС) 2020-2022 г. «Низкоразмерные галоиды металлов с широкополосной эмиссией и их применение в световых диодах».

Пресс-служба СФУ, 20 декабря 2019 г.

Похожие новости

  • 02/03/2021

    Ученые НГТУ НЭТИ и ИХТТМ СО РАН создали стенд для испытаний деградации аккумуляторов электромобилей

    Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ создали лабораторную установку для испытаний литиевых аккумуляторов (ЛИА) для электромобилей с целью определения деградационной стойкости аккумуляторов.
    883
  • 17/05/2021

    Новая "упаковка" для ферментов упростит поиск ядов в еде

    Упростить технологию поиска ядовитых веществ в продуктах питания смогли биофизики Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с учеными Института биофизики СО РАН (ИБФ). Предложенная ими технология "упаковки", по словам ученых, позволяет многократно продлить срок годности ферментов-индикаторов и снизить затраты на их хранение.
    406
  • 09/07/2020

    Исследователи выяснили, почему в составе планет Солнечной системы много железа и магния

    ​​​По данным ученых, легкие химические элементы улетучиваются по мере отвердевания магмы на "зародышах" планет и могут полностью исчезнуть под действием излучения Солнца. Международная группа исследователей с помощью компьютерного моделирования определила причину, по которой в составе планет Солнечной системы преобладают тяжелые химические элементы – железо и магний.
    1504
  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    1166
  • 12/11/2020

    Митохондриальный геном лиственницы оказался самым большим в мире

    Ученые из России проанализировали митохондриальный геном (митогеном) лиственницы. Оказалось, что он самый большой среди всех известных живых организмов. Митогеном находится в митохондриях — своего рода «энергетических станциях» клеток.
    1178
  • 30/07/2020

    Перовскиты использовали для создания умных светодиодных ламп

    Исследователи из Сибирского федерального университета вместе с китайскими коллегами синтезировали материалы из перовскитов, которые могут менять цвет излучения в рекордно широком диапазоне. Этот показатель регулируется содержанием ионов европия и длиной волны падающего ультрафиолетового излучения.
    677
  • 03/02/2021

    Программа мероприятий, посвященных Дню российской науки

    ​Ежегодно 8 февраля российское научное сообщество отмечает свой профессиональный праздник — День российской науки. ​ По традиции к этой дате в институтах и вузах, находящихся под научно-методическим руководством Сибирского отделения РАН, приурочены научно-популярные мероприятия: дни открытых дверей, экскурсии, лекции и так далее.
    2406
  • 03/06/2021

    Учёные повысили прочность огнеупорного бетона с помощью нановолокон

    Российские исследователи нашли способ повысить прочность огнеупорного бетона для оборудования металлургических заводов с помощью нановолокон оксида алюминия. Об этом в ТАСС сообщили в пресс-службе Сибирского федерального университета (СФУ), специалисты которого приняли участие в исследовании.
    1206
  • 01/04/2021

    3D-печать, нейросети и наноматериалы для «Новой медицины»

    ​Нейросети, 3D-печать имплантатов, доставка лекарств с помощью наноматериалов – об этом вы узнаете в заключительной, третьей части обзора уникальных исследований и технологий университетов Проекта 5-100 по направлению «Новая медицина».
    549
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    1238