Ученые разработали стабильный светоизлучающий композит на основе 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 опубликованы 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 Международного научно-образовательного центра Физика Наноструктур, 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.
«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 layer-by-layer 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».
Статья: Ushakova E., Chervkov S., Sokolova A., Li Y., Azizov R., Baranov M., Kurdyukov D., Stovpiaga E., Golubev V., Rogach A.L., Baranov A. Stable luminescent composite microspheres based on porous silica with embedded CsPbBr3 perovskite nanocrystals. ChemNanoMat, 2020. 10.1002/cnma.202000154
Источник: ITMO.NEWS