СМИ о нас
| 25.02.22 | 25.02.2022 InScience. Ученые создали горизонтальный водопад |
Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН
Ученые из Физического института имени Лебедева поставили эксперимент, в котором капли жидкости самопроизвольно перетекали с места на место по поверхности с микроструктурами, «вырезанными» на них с помощью лазера. Такие поверхности могут использоваться в микрофлюидных биочипах и медицинских экспресс-тестах, которые легко умещаются в кармане. Статья опубликована в журнале Applied Surface Science.
«Обычно капля, упавшая на ровную поверхность, остается на месте. Мы заставили ее двигаться — за счет градиента сил поверхностного натяжения. С помощью лазера мы создали на поверхности микроструктуры с нарастанием ее гидрофильности (смачиваемости), и капли двигаются по ним в сторону, где гидрофильность максимальна. Такой “горизонтальный насос”, например, позволит разделять жидкости с разным коэффициентом поверхностного натяжения, упростить биочипы и микрофлюидные устройства», — говорит соавтор исследования Сергей Кудряшов.
Подобная технология встречается в природе. Например, техасская рогатая ящерица умеет собирать и перемещать воду, которая конденсируется по ночам на ее теле. Сеть открытых капиллярных каналов, образованных чешуйками, заставляет воду перетекать прямо ко рту ящерицы.
Ученые попытались воспроизвести этот эффект, создав на поверхности градиент поверхностной энергии — сделав так, чтобы степень гидрофобности постепенно снижалась вдоль поверхности в заданном направлении. Однако это нельзя сделать, просто уменьшая толщину слоя гидрофобного покрытия. Сила поверхностного натяжения очень короткодействующая, и, чтобы «выключить» гидрофильность металла, на него достаточно нанести слой пластика толщиной в одну-две молекулы. Ученые воспользовались тем, что у капли жидкости довольно большая площадь, и она «усредняет» показатель гидрофобности на участках с гидрофобным пластиком и с гидрофильным металлом, где пластик удален лазером. Капля не сможет отличить поверхность с одним показателем гидрофобности в каждой точке от «шахматной доски» той же площади с разными показателями в каждой клеточке, если среднее значение будет одинаковым.
В экспериментах ученые покрывали стальные пластины размером пять на пять сантиметров миллиметровым гидрофобным полимерным покрытием на основе силоксана. Затем с помощью лазера наносекундными импульсами они прорезали слой покрытия до металла, создавая ряды канавок длиной 5 мм и шириной около 100 микрон. С помощью повторной лазерной обработки ученые расширили их. Так на стальной пластинке появились четыре участка с разными показателями гидрофобности — углом между поверхностью и условно касательной к поверхности капли воды на ней.
В экспериментах капля воды самопроизвольно перемещалась от гидрофобных участков к гидрофильным. По словам ученых, длина такого «водопада» может достигать десятков сантиметров. Подобные микроструктурированные поверхности могут найти применение при разработке микрофлюидных устройств.
https://inscience.news/ru/article/russian-science/9006
| 25.02.22 | 25.02.2022 Indicator. Физики заставили каплю ползти по горизонтальной поверхности |
Ученые из Физического института имени Лебедева (ФИАН) создали в своей лаборатории картину, похожую на сцену из фильма "Терминатор-2": в их эксперименте капли жидкости самопроизвольно перетекали с места на место по поверхности с микроструктурами, «вырезанными» на них с помощью лазера. Такие поверхности могут использоваться в микрофлюидных биочипах и медицинских экспресс-тестах, которые легко умещаются в кармане. Статья о результатах эксперимента опубликована в журнале Applied Surface Science.
«Обычно капля, упавшая на ровную поверхность, остается на месте. Мы заставили ее двигаться — за счет градиента сил поверхностного натяжения. С помощью лазера мы создали на поверхности микроструктуры с нарастанием ее гидрофильности (смачиваемости), и капли двигаются по ним в сторону, где гидрофильность максимальна. Такой “горизонтальный насос”, например, позволит разделять жидкости с разным коэффициентом поверхностного натяжения, упростить биочипы и микрофлюидные устройства», — говорит соавтор исследования Сергей Кудряшов, ведущий научный сотрудник и заведующий лабораторией лазерной нанофизики и биомедицины ФИАН.
Технология перекачки воды с помощью энергии поверхностного натяжения давно изобретена в живой природе. Техасская рогатая ящерица (Phrynosoma cornutum), живущая в пустынях Северной Америки, научилась собирать и перемещать воду, которая конденсируется по ночам на ее теле. Сеть открытых капиллярных каналов, образованных чешуйками, заставляет воду перетекать прямо к ее рту, и этот эффект описывали германские и австрийские ученые.
Чтобы воспроизвести его эффект в лаборатории, Кудряшов и его коллеги решили попробовать создать на поверхности градиент поверхностной энергии (натяжения) — то есть сделать так, чтобы степень гидрофобности постепенно снижалась вдоль поверхности от точки к точке в заданном направлении. К сожалению, это нельзя сделать просто уменьшая толщину слоя гидрофобного покрытия на гидрофильном. Сила поверхностного натяжения очень короткодействующая, чтобы «выключить» гидрофильность металла, на него достаточно нанести слой пластика толщиной в одну-две молекулы
«Можно попробовать сделать это химическим способом, то есть создав участки с химически разным покрытием с разной гидрофобностью, но эта поверхность будет очень капризной, потому что любая пыль, любое органическое загрязнение сразу меняет показатель гидрофобности, и такую поверхность трудно отмыть, чтобы восстановить ее нужный уровень», — объясняет Кудряшов.
Поэтому ученые ФИАНа решили воспользоваться тем, что у капли жидкости довольно большая площадь и она «усредняет» показатель гидрофобности на участках с гидрофобным пластиком и с гидрофильным металлом, где пластик удален лазером. Иначе говоря, капля не сможет отличить поверхность с одним показателем гидрофобности в каждой точке от «шахматной доски» той же площади с разными показателями в каждой клеточке, если среднее значение будет одинаковым.
Для эксперимента ученые покрыли стальные пластины размером пять на пять сантиметров миллиметровым гидрофобным полимерным покрытием на основе силоксана. Затем при помощи лазера наносекундными импульсами они прорезали слой покрытия до металла, создавая ряды канавок длиной пять миллиметров и шириной около 100 микрон.
Затем повторной обработкой лазером ученые модифицировали их, расширив их в разной степени. Так на стальной пластинке появились четыре участка с разными показателями гидрофобности - углом контакта смачивания, то есть углом между поверхностью и условно касательной к поверхности капли воды на ней. На гидрофобной поверхности капля воды растекается меньше, поэтому угол смачивания будет больше. На гидрофильной, наоборот, угол будет меньше, так как капля растекается больше. Угол смачивания на четырех участках варьировался от 46 до 13 градусов.
Затем ученые капали водой на разные участки и наблюдали за ее движением.
ФИАН
Капля воды объемом пять микролитров в эксперименте самопроизвольно перемещалась от гидрофобных участков к гидрофильным. Быстрее всего капля двигалась между первым и вторым участками - в этом месте ее скорость достигала 92 миллиметров в секунду.
«Мы сделали такой “горизонтальный водопад”, где жидкость двигается не за счет силы тяжести, а за счет энергии поверхностного натяжения. На гидрофобным участках энергия поверхностного натяжения выше, на гидрофильных меньше и эта разность потенциалов превращается в кинетическую энергию движения», — говорит Кудряшов.
По его словам, такой «водопад» может быть достаточно длинным — несколько десятков сантиметров. «Главное, чтобы граница между участками с разными углами смачивания была не слишком заметной, чтобы вязкое трение не остановило каплю», — объясняет он.
Ученые отмечают, что такие микроструктурированные поверхности могут найти широкое применение в разработке микрофлюидных устройств — бурно развивающейся области, которая уже дала десятки компактных устройств для исследования химического состава воздуха и воды, диагностических медицинских тестов.
Кудряшов подчеркивает, что в эксперименте использовались широко распространенные лазеры. «Это очень доступная технология. Лазер очень простой, с помощью таких делается маркировка, подписываются металлические таблички. Это очень простые и доступные системы, не требуют особых знаний для обслуживания. Поэтому, если при их помощи получится делать микрофлюидные чипы, это будет очень выгодно».
| 24.02.22 | 24.02.2022 ТАСС. Россия ведет переговоры о создании станции слежения для обсерватории Спектр-М |
Россия ведет переговоры с Аргентиной и несколькими странами Африки о размещении станции слежения для проекта астрофизической космической обсерватории "Спектр-М". Об этом сообщил ТАСС руководитель астрокосмического центра ФИАН Сергей Лихачев.
"Переговоры ведутся с Аргентиной в Южном полушарии или, возможно, Южная Африка и другие страны Африки", - отметил Лихачев в ответ на вопрос, ведутся ли сейчас переговоры с другими странами о размещении станции слежения для астрофизической космической обсерватории "Спектр-М".
Обсерватория "Спектр-М" предназначена для исследования объектов дальнего космоса в миллиметровом, субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах спектра. С ее помощью ученые рассчитывают получить данные о глобальной структуре вселенной, строении и эволюции галактик, их ядер, звезд, планетных систем, об объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями, а также об органических соединениях в космосе.
"Спектр-М" планируется запустить на расстояние 1,5 млн км, в район точки Лагранжа L2 системы Солнце - Земля, в которой уравновешиваются силы притяжения Солнца и Земли, в 2029-2030 годах.
| 24.02.22 | 24.02.2022 Поиск. Тяжелая вода заставила люминесцентные комплексы светиться в два раза ярче |
Российские ученые совместно с итальянскими коллегами синтезировали новые комплексы диспрозия — химического элемента из семейства лантаноидов — которые способны светиться при облучении. Химики выяснили, что улучшить люминесцентные характеристики этих соединений можно, заменив в их составе молекулы обычной воды на молекулы «тяжелой», а также часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог. Это позволило в два раза увеличить люминесценцию комплексов, а также управлять цветом их свечения. Разработанные подходы могут использоваться для получения материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
Лантаноиды — особое семейство химических элементов, представители которого обладают уникальными оптическими и магнитными свойствами. Например, многие лантаноидные соединения способны люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение. Поэтому их можно использовать при создании сенсорных материалов, источников белого света и других устройств.
В новой работе ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), МГУ имени М. В. Ломоносова (Москва), Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва) и Университета Камерино (Италия) исследовали люминисценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов. Такие соединения хорошо преобразовывают падающее излучение в собственное с другой длиной волны. Это обеспечивается тем, что органический лиганд выполняет роль антенны — он поглощает внешнее излучение, передавая его на лантаноид, который, в свою очередь, излучает собственный свет.
Существенный недостаток комплексов лантаноидов, как и многих других светящихся соединений, заключается в том, что в них происходит частичное тушение люминесценции. Этот процесс связан с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии. Это может происходить двумя способами: или благодаря испусканию кванта света, то есть люминесценции, или путем превращения избытка энергии в тепло. Во втором случае излучения не происходит, и поэтому такой процесс называют тушением люминесценции. Существует множество приемов, помогающих уменьшить тушение, но до настоящего времени очень мало исследовалось, как они действуют при совместном применении.
Ученые синтезировали комплексы диспрозия, в которых этот химический элемент частично заменили на другой лантаноид — гадолиний — который не способен светиться. Кроме того, физики предположили, что улучшить свойства соединения можно, заменив обычную воду в его составе на «тяжелую» (D2O), в которой место атома водорода занимает дейтерий.
Оказалось, что после замены молекул обычной воды на «тяжелую» люминесценция затухала втрое медленнее и была в два раза ярче. Как предполагают авторы, это связано с отсутствием связей О-Н в тяжелой воде, где аналогичные связи O-D в меньшей степени рассеивают энергию в виде тепла. У соединений, где часть диспрозия заменили на гадолиний, также уменьшилась скорость затухания люминесценции, а влияние на яркость оказалось более сложным: слишком большая примесь гадолиния приводила к снижению эффективности свечения.
Кроме того, предложенные подходы позволили управлять цветом люминисценции. Так, при добавлении гадолиния спектр свечения с желто-зеленого изменялся на белый, близкий к дневному свету.
«Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Тайдаков, доктор химических наук, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН.
| 24.02.22 | 24.02.2022 Научная Россия. Тяжелая вода заставила люминесцентные комплексы светиться в два раза ярче |
Российские ученые совместно с итальянскими коллегами синтезировали новые комплексы диспрозия — химического элемента из семейства лантаноидов, — которые способны светиться при облучении. Химики выяснили, что улучшить люминесцентные характеристики этих соединений можно, заменив в их составе молекулы обычной воды на молекулы «тяжелой», а также часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог. Это позволило в два раза увеличить люминесценцию комплексов, а также управлять цветом их свечения. Разработанные подходы могут использоваться для получения материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
Сотрудник лаборатории к.х.н. Юрий Белоусов изучает люминесценцию синтезированного комплекса.
Источник: Дмитрий Христолюбов
Лантаноиды — особое семейство химических элементов, представители которого обладают уникальными оптическими и магнитными свойствами. Например, многие лантаноидные соединения способны люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение. Поэтому их можно использовать при создании сенсорных материалов, источников белого света и других устройств.
В новой работе ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва), МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва), Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (Москва) и Университета Камерино (Италия) исследовали люминесценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов. Такие соединения хорошо преобразовывают падающее излучение в собственное с другой длиной волны. Это обеспечивается тем, что органический лиганд выполняет роль антенны — он поглощает внешнее излучение, передавая его на лантаноид, который, в свою очередь, излучает собственный свет.
Существенный недостаток комплексов лантаноидов, как и многих других светящихся соединений, заключается в том, что в них происходит частичное тушение люминесценции. Этот процесс связан с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии. Это может происходить двумя способами: или благодаря испусканию кванта света, то есть люминесценции, или путем превращения избытка энергии в тепло. Во втором случае излучения не происходит, и поэтому такой процесс называют тушением люминесценции. Существует множество приемов, помогающих уменьшить тушение, но до настоящего времени очень мало исследовалось, как они действуют при совместном применении.
Ученые синтезировали комплексы диспрозия, в которых этот химический элемент частично заменили на другой лантаноид — гадолиний, — который не способен светиться. Кроме того, физики предположили, что улучшить свойства соединения можно, заменив обычную воду в его составе на «тяжелую» (D2O), в которой место атома водорода занимает дейтерий.
Образцы синтезированных комплексов при дневном свете и УФ-освещении.
Источник: Илья Тайдаков
Оказалось, что после замены молекул обычной воды на «тяжелую» люминесценция затухала втрое медленнее и была в два раза ярче. Как предполагают авторы, это связано с отсутствием связей О-Н в тяжелой воде, где аналогичные связи O-D в меньшей степени рассеивают энергию в виде тепла. У соединений, где часть диспрозия заменили на гадолиний, также уменьшилась скорость затухания люминесценции, а влияние на яркость оказалось более сложным: слишком большая примесь гадолиния приводила к снижению эффективности свечения.
Кроме того, предложенные подходы позволили управлять цветом люминесценции. Так, при добавлении гадолиния спектр свечения с желто-зеленого изменялся на белый, близкий к дневному свету.
«Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Тайдаков, доктор химических наук, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
| 24.02.22 | 24.02.2022 ИА Красная Весна. Химики заставили люминофор светиться вдвое ярче и изменять цвет |
Светодиодная лента
Новые комплексы химического элемента из семейства лантаноидов — диспрозия, которые способны ярко светиться при облучении, синтезировали совместно российские и итальянские ученые, 24 февраля сообщают на портале «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Российского научного фонда.
Чтобы улучшить люминесцентные характеристики соединений диспрозия, химики, заменили молекулы обычной воды в их составе на молекулы «тяжелой» — с дейтерием, а часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог — гадолиний.
В результате люминесценцию комплексов удалось увеличить вдвое. Кроме того, появилась возможность тонкой настройки цвета люминесценции за счет изменения содержания гадолиния и дейтерирования, а также получен люминесцентный состав белого света.
Разработанные подходы, считают исследователи, могут быть использованы для получения новых материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
В статье авторы объясняют выбор направления исследования уникальными оптическими и магнитными свойствами лантаноидов, которые определяют их привлекательность для производства различных функциональных материалов и устройств, таких как светоизлучающие устройства, сенсорные материалы, маркеры для биовизуализации и молекулярные магниты. Кроме того, люминесцентные свойства ионов диспрозия Dy³⁺ чрезвычайно привлекательны для создания монометаллических источников белого света и сенсорных материалов.
Научная группа химиков из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, МГУ им. М. В. Ломоносова, Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана и Университета Камерино (Италия) исследовали люминесценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов, который служит «антенной», передающей внешнее излучение атомам лантаноида.
Недостатком многих светящихся соединений является происходящий в них процесс частичного тушения люминесценции. Это связано с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии, что возможно либо испусканием кванта света, то есть люминесценции, либо превращением избытка энергии в тепло. В последнем случае люминесценции не будет — произойдет ее тушение.
Физики рассчитали, что можно улучшить свойства соединения, если заменить обычную воду в его составе на «тяжелую» — D₂O, в которой место атома водорода занимает дейтерий. Эксперимент показал, что в этом случае скорость затухания люминесценции стала втрое медленнее, а светимость стала в два раза ярче.
У соединений, в которых часть атомов диспрозия была заменена гадолинием, скорость затухания также снизилась. Кроме того, добавление гадолиния изменяло спектр свечения с желто-зеленого на белый, близкий к дневному свету.
Руководитель проекта по гранту РНФ, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН доктор химических наук Илья Тайдаков сообщил: «Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами».
| 24.02.22 | 24.02.2022 ИА Красная Весна. Россия выбирает страну для создания станции слежения телескопа Спектр-М |
Телескоп «Миллиметрон»
Станция слежения для перспективного российского инфракрасного телескопа «Спектр-М» будет размещена в одной из стран южного полушария, с которыми в данный момент идут переговоры по этому вопросу. Сообщает 23 февраля руководитель астрокосмического центра ФИАН Сергей Лихачев.
«Переговоры ведутся с Аргентиной в Южном полушарии или, возможно, Южная Африка и другие страны Африки», — сказал Лихачев.
Отмечается, что российский космический телескоп «Спектр-М», также известный как «Миллиметрон», будет запущен в окрестности второй точки Лагрнажа в системе Солнце — Земля до конца этого десятилетия.
Напомним, космическая обсерватория «Миллиметрон» по ключевым параметрам превосходит космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST), который уже находится в районе второй точки Лагранжа и в настоящий момент проходит процедуру настройки оборудования. Размер отражателя «Миллиметрона» составляет десять метров, что радикально повысит разрешающую способность телескопа и позволит изучать явления, которые ранее были принципиально недоступны для наблюдения.
Расстояние около полутора миллионов километров от Земли и пребывание в ее тени позволит телескопу наблюдать и фиксировать «самые таинственные явления во Вселенной. Особый интерес вызывает поиск „кротовых нор“ — своеобразных порталов между галактиками, существование которых пока рассматривается только в теории», — сообщала ранее пресс-служба «Роскосмоса».
| 24.02.22 | 24.02.2022 RuPosters. Россия планирует построить станции слежения в Аргентине и Африке |
Российские власти хотят построить станции слежения для астрофизической космической обсерватории "Спектр-М" за пределами государства. Сейчас ведутся переговоры с Аргентиной и Африкой, рассказал ТАСС руководитель астрокосмического центра ФИАН Сергей Лихачев.
"Переговоры ведутся с Аргентиной в Южном полушарии или, возможно, Южная Африка и другие страны Африки", - уточнил он.
Обсерватория "Спектр-М" способна исследовать объекты дальнего космоса в миллиметровом, субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах спектра. С ее помощью специалисты рассчитывают получить данные о глобальной структуре вселенной, строении и эволюции галактик, их ядер, звезд, планетных систем, об объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями, а также об органических соединениях в космосе.
"Спектр-М" хотят запустить на расстояние 1,5 млн км, в район точки Лагранжа L2 системы Солнце - Земля, в которой уравновешиваются силы притяжения обоих космических объектов, в 2029-2030 годах.
Ранее Ruposters писал, что "рука" МКС поймала американский корабль Cygnus.
| 24.02.22 | 24.02.2022 Lenta.Ru. Россия захотела построить станции слежения в Аргентине и Африке |
Фото: Константин Михальчевский / РИА Новости
В России хотят построить станции слежения для астрофизической космической обсерватории «Спектр-М» в Аргентине и Африке. Об этом ТАСС сообщил руководитель астрокосмического центра ФИАН Сергей Лихачев.
«Переговоры ведутся с Аргентиной в Южном полушарии или, возможно, Южная Африка и другие страны Африки», — сказал руководитель.
В феврале заместитель председателя Совета РАН по космосу академик Лев Зеленый заявил, что космический телескоп «Спектр-УФ» позволит вести наблюдение в ультрафиолетовом участке спектра, который недоступен для наблюдений с Земли.
В ноябре 2021 года заместитель директора ФИАН Лариса Лихачева на заседании Совета РАН по космосу сказала, что российский космический телескоп «Спектр-М» будет в 100 раз дешевле американской орбитальной лаборатории James Webb.
Российский космический телескоп «Миллиметрон» («Спектр-М») предназначен для исследования Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах (на длинах волн от 0,02 до 17 миллиметров). В 2013 году обсерваторию планировалось запустить в 2019-м. В настоящее время старт намечен на начало 2030-х годов.
https://lenta.ru/news/2022/02/24/spektr/
| 22.02.22 | 22.02.2022 Коммерсант. На всем белом свете. Тяжелая вода сделала люминесцентные комплексы в два раза ярче |
Российские ученые совместно с итальянскими коллегами синтезировали новые комплексы диспрозия — химического элемента из семейства лантаноидов, которые способны светиться при облучении. Химики выяснили, что улучшить люминесцентные характеристики этих соединений можно, заменив в их составе молекулы обычной воды на молекулы «тяжелой», а также часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог. Это позволило в два раза увеличить люминесценцию комплексов, а также управлять цветом их свечения. Разработанные подходы могут использоваться для получения материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Сотрудник лаборатории Юрий Белоусов изучает люминесценцию синтезированного комплекса
Фото: Дмитрий Христолюбов
Лантаноиды — семейство химических элементов, представители которого обладают уникальными оптическими и магнитными свойствами. Например, многие лантаноидные соединения способны люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение. Поэтому их можно использовать при создании сенсорных материалов, источников белого света и других устройств.
В новой работе ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), МГУ имени М. В. Ломоносова (Москва), Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва) и Университета Камерино (Италия) исследовали люминесценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов. Такие соединения хорошо преобразовывают падающее излучение в собственное с другой длиной волны. Это обеспечивается тем, что органический лиганд выполняет роль антенны — он поглощает внешнее излучение, передавая его на лантаноид, который, в свою очередь, излучает собственный свет.
Сотрудники группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН
Фото: Дмитрий Христолюбов
Существенный недостаток комплексов лантаноидов, как и многих других светящихся соединений, заключается в том, что в них происходит частичное тушение люминесценции. Этот процесс связан с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии. Это может происходить двумя способами: или благодаря испусканию кванта света, то есть люминесценции, или путем превращения избытка энергии в тепло. Во втором случае излучения не происходит, и поэтому такой процесс называют тушением люминесценции. Существует множество приемов, помогающих уменьшить тушение, но до настоящего времени очень мало исследовалось, как они действуют при совместном применении.
Ученые синтезировали комплексы диспрозия, в которых этот химический элемент частично заменили на другой лантаноид — гадолиний, который не способен светиться. Кроме того, физики предположили, что улучшить свойства соединения можно, заменив обычную воду в его составе на «тяжелую» (D2O), в которой место атома водорода занимает дейтерий.
Образцы синтезированных комплексов при дневном свете и УФ-освещении
Фото: Илья Тайдаков
Оказалось, что после замены молекул обычной воды на «тяжелую» люминесценция затухала втрое медленнее и была в два раза ярче. Как предполагают авторы, это связано с отсутствием связей О-Н в тяжелой воде, где аналогичные связи O-D в меньшей степени рассеивают энергию в виде тепла. У соединений, где часть диспрозия заменили на гадолиний, также уменьшилась скорость затухания люминесценции, а влияние на яркость оказалось более сложным: слишком большая примесь гадолиния приводила к снижению эффективности свечения.
Молекулярная структура одного из синтезированных соединений
Фото: Belousov et al. / Dyes and Pigments, 2022
Кроме того, это позволило управлять цветом люминесценции. Так, при добавлении гадолиния спектр свечения с желто-зеленого изменялся на белый, близкий к дневному свету.
«Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами»,— рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Тайдаков, доктор химических наук, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН.
Использованы материалы статьи «Towards Bright Dysprosium Emitters: Single and Combined Effects of Environmental Symmetry, Deuteration, and Gadolinium Dilution» (Dedicated to Professor Peter Junk, James Cook University, on the occasion of his 60th birthday); Yury A. Belousov, Vladislav M. Korshunov, Mikhail T. Metlin, Daria A. Metlin, Mikhail A. Kiskin, Denis F. Aminev, Nikolay P. Datskevich, Andrei A. Drozdov, Claudio Pettinari, Fabio Marchetti, Ilya V. Taydakov; журнал Dyes and Pigments, март 2022 г.
https://www.kommersant.ru/doc/5228415
