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
Ученые повысили эффективность поиска материалов для создания светодиодов будущего
ТАСС, 26/08/2020

Похожие новости

  • 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.
    1199
  • 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.
    396
  • 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.
    287
  • 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.
    742
  • 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.
    850
  • 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.
    687
  • 14/08/2020

    Красноярские учёные предложили модель нового легкоуправляемого оптического устройства

    ​​Ученые Сибирского федерального университета и Института физики ФИЦ КНЦ СО РАН предложили концепцию легко управляемого оптического устройства на основе гибридных таммовских мод.​ Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Optics.
    530
  • 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.
    617
  • 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.
    609
  • 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.
    1281