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. Работа ученых опубликована в журнале Chemical Communications. 

 
«Умные» лампы, которые регулируют уровень освещенности, не только повышают уровень комфорта для пользователей, но и позволяют экономить значительное количество электроэнергии. Сенсоры в таких устройствах определяют, изменились ли внешние условия, а светодиоды усиливают или тушат свет, чтобы компенсировать разницу. В таких системах можно задать цвет для возможного дизайна интерьера, а также цветовую температуру света: холодный с синим оттенком или теплый желто-оранжевый. 

 
«Сегодня на рынке уже существуют устройства, которые смешивают три цвета с помощью либо трех разных светодиодов, либо трех одинаковых УФ-светодиодов, покрытых разными люминофорами. Мы же предлагаем, наоборот, использовать разные УФ-светодиоды с одним люминофором. Это относительно новое решение, таких устройств еще нет, — говорит один из авторов работы, доцент кафедры физики твердого тела и нанотехнологий СФУ, старший научный сотрудник лаборатории кристаллофизики Института физики СО РАН Максим Молокеев. — В лабораторных условиях материалы с похожими свойствами уже получали. Преимущество нашего решения — это дешевизна люминофора. Высока вероятность, что такое устройство может скоро появиться на рынке». 

 
Чтобы получить стабильный белый свет, лучше всего использовать для этого излучение от одного люминофора, а не их смеси. Иначе ощущение белизны света может меняться со временем или с изменением условий окружающей среды. Однако исследователи пока не нашли материал, который способен гибко изменять спектр излучения во всем видимом диапазоне. Авторы нового исследования предложили в качестве такого люминофора перовскиты с ионами висмута и европия. Кристаллы перовскита состоят из структурных элементов в виде октаэдров с центральными ионами металлов и вершинами из атомов кислорода. Октаэдры разделены пустотами, в которых располагаются ионы металлов другого типа. 

 
Ионы висмута распределены по кристаллу в случайном порядке. Они составляют лишь малую часть всех элементов материала. Эти металлы поглощают ультрафиолетовый свет и преобразуют его в видимый. Цвет такого излучения зависит от того, какие атомы окружают ион. При стабильном окружении цвет остается постоянным. Однако исследователи обнаружили, что в матрице перовскита ионы висмута могут изменять цвет излучаемого света от синего до зеленого (460–530 нм) в зависимости от длины волны падающего УФ-излучения (325–350 нм). 

 
Используя метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии авторы нашли объяснение такому механизму преобразования света в исследуемом материале. Они выяснили, что в решетке кристалла имеется недостаток атомов кислорода. Кислородные вакансии оказались распределены по кристаллу случайным образом и иногда вблизи положительно заряженных ионов висмута Bi3+. Локальный суммарный заряд такой системы становится сначала положительным, а затем под действием ультрафиолета ион висмута захватывает электрон, и заряд системы становится нейтральным. Спектральные характеристики иона меняются: поглощение в УФ-диапазоне смещается ближе к видимой области, а цвет излучения постепенно переходит в зеленую область. 

 
Чтобы покрыть всю область видимого спектра, авторы добавили еще один элемент, который бы мог излучать красный свет, а также поглощать часть энергии ионов висмута. На это оказался способен ион европия Eu3+. Благодаря перекрыванию по длинам волн его спектра поглощения с флуоресценцией висмута ученым удалось добиться эффективного переноса энергии с атомов и необходимых параметров излучения. 

 
Никита Шевцев 

 
Фото: ​Sameer Khan/Flickr 

Источники

Перовскиты использовали для создания умных светодиодных ламп
Индикатор (indicator.ru), 29/07/2020
Перовскиты использовали для создания умных светодиодных ламп
Seldon.News (news.myseldon.com), 29/07/2020
Ученые задумались над созданием умных светодиодных ламп
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 31/07/2020
Ученые задумались над созданием умных светодиодных ламп
Международное сотрудничество СФУ (international.sfu-kras.ru), 31/07/2020
Ученые задумались над созданием умных светодиодных ламп
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 31/07/2020
Сибирские ученые создали умные светодиодные лампы по новой технологии
ИА Красная весна (rossaprimavera.ru), 31/07/2020
Сибирские ученые создали умные светодиодные лампы по новой технологии
Seldon.News (news.myseldon.com), 31/07/2020
Перовскиты использовали для создания умных светодиодных ламп
Nanonewsnet.ru, 31/07/2020
Перовскиты использовали для создания умных светодиодных ламп
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 03/08/2020

Похожие новости

  • 20/12/2019

    Когда наука несет свет: ученые предложили производить светодиоды без редкоземельных металлов

     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.
    766
  • 18/02/2020

    Красноярские ученые предложили более технологичный и дешевый метод создания долговечных батарей

    ​Красноярские учёные предложили применять в создании источника излучения для ядерных батареек химический способ, основанный на реакции восстановления ионов никеля. При этом исследователи заменили традиционные кремниевые подложки обыкновенной алюминиевой фольгой.
    594
  • 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.
    885
  • 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.
    801
  • 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.
    336
  • 15/12/2017

    Химики создали новый класс люминофоров для электронной промышленности

    ​Международный коллектив химиков из Китая, России и Японии синтезировал новое кристаллическое вещество на основе оксидов редкоземельных металлов, а также описал его структуру и свойства. Расшифровка рентгенограммы нового соединение установила, что он относится к новому, ранее неизвестному классу.
    1573
  • 03/08/2020

    Алтайский ученый рассказал об уровне науки и новых изобретениях

    Не в деньгах счастье, считает Владимир Плотников, доктор физико-математических наук, завкафедрой общей и экспериментальной физики Алтайского госуниверситета.  На его счету сотни научных работ, десятки изобретений.
    394
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    2220
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1540
  • 04/08/2020

    Лето исследований. Сразу несколько экспедиций отправились в Арктику

    Совместный проект ЮНЕСКО и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова — плавучий университет, научно-исследовательское судно «Академик Николай Страхов» вошло в акваторию Баренцева моря, где более 20 студентов из МГУ и других российских вузов при поддержке Министерства образования и науки России будут изучать перспективы нефтегазоносности этого района.
    381