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

  • 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.
    328
  • 17/07/2020

    СО РАН направляет в Арктику большую норильскую экспедицию

    ​​Группа ученых из Российской академии наук всесторонне изучит экологическую среду территории и представит предложения и рекомендации по наилучшим природосберегающим решениям для деятельности промышленных компаний в Арктическом регионе.
    1180
  • 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.
    676
  • 30/06/2020

    Красноярские ученые рассказали о почвах основных земледельческих зон края

    В Красноярском научном центре СО РАН прошел открытый полевой семинар, где специалисты Красноярского научно-исследовательского института сельского хозяйства ФИЦ КНЦ СО РАН рассказали гостям из Красноярского государственного аграрного университета, Красноярского аграрного колледжа, а также научным сотрудникам институтов физики и биофизики о почвах, распространённых в основных сельскохозяйственных зонах края, необходимости их изучения, связи почвоведения с другими направлениями аграрной науки и о том, насколько важны знания о качественных показателях земельных ресурсов для получения высокого и качественного урожая.
    730
  • 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.
    600
  • 14/07/2020

    Сибирские ученые разрабатывают антираковые препараты нового поколения на основе альбумина

    ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в сотрудничестве с коллегами из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского института органической химии им. Н.
    1040
  • 14/10/2019

    Ученые синтезировали металлоорганический полимер на основе кобальта с изменяемой пористой структурой

    Международный коллектив исследователей синтезировал новый вид металлоорганического материала на основе кобальта, который способен менять свою структуру. Соединение оказалось более стабильным и эластичным, чем его предшественники на основе других металлов.
    615
  • 31/08/2020

    Учёные рассказали, как «упаковать» лекарства внутрь наночастиц

    ​Исследователи из России, Швеции и США изучили оптические свойства металлических нанооболочек атомарного размера и смоделировали резонансные свойства таких структур с использованием оригинальной модели атомарного взаимодействия.
    280
  • 24/09/2020

    Сибирские ученые создали полиэтиленовый «бронежилет» для радиолокационного оборудования

    Сибирские ученые модернизировали полиэтилен при помощи ультразвука и углеродных нанотрубок. В отличие от изначального материала, полученный композит обладает высокой диэлектрической проницаемостью и большей износостойкостью.
    159
  • 30/11/2017

    Синтез химиков и физиков

    За одной написанной химической формулой может скрываться сразу несколько различных веществ и структур. Так, оксид железа имеет ряд фаз, и только одна из них позволяет получать магнитные наночастицы для производства, например, более продуктивных жестких дисков.
    1277