Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Спектр испускания (сверху)
Спектры поглощения (пунктир) и возбуждения (снизу)для чистого ZnGa2O4
Спектр люминесценции (сверху) и возбуждения (снизу)для доппированного тербием ZnGa2O4
Спектр люминесценции (сверху) и возбуждения (снизу)для доппированного европием ZnGa2O4

Квантовый светофор

Ключевые слова:  люминесценция, наночастицы, РЗЭ

Опубликовал(а):  Чепиков Всеволод Николаевич

14 ноября 2009

Галлат цинка в виде коллоидных нанокристаллов - широко известный люминесцирующий материал. Он имеет структуру кубической шпинели, где цинк занимает тетраэдрические позиции, а галлий - октаэдрические. Нелегированный галлат цинка обычно синтезируется твердофазным спеканием оксидов при температурах от 1000°С. Однако из-за высокой летучести оксида цинка при этой температуре предпочтительнее другие, более низкотемпературные методы: гидротермальный, цитратный золь-гель... Для изменения цвета люминесценции применяют легирование разными РЗЭ. Для получения замещенного тербием, европием, кобальтом или марганцем галлата цинка обычно прибегают к одному из низкотемпературных “влажных ” методов. При этом материал получается в нанокристаллической форме, но, к сожалению, нанокристаллы часто агрегируют друг с другом, в то время как для множества применений требуются их стабильные коллоидные растворы.

Только недавно был найден путь получения хорошо диспергированных нанокристаллов как доппированного Tb3+и Eu3+, так и чистого ZnGa2O4. В качестве прекурсоров, в зависимости от синтезируемого материала, использовались ацетилацетонаты галлия (III) и цинка (II), ацетат тербия (III) или европия (III). В состав раствора также входили 1,2-гексадекандиол (С16Н34О2), олеиновую кислоту и ее амин, в качестве растворителя использовался дибензиловый эфир. Реакционная колба, подогретая до 200°С в течение получаса продувалась аргоном, затем была нагрета до 280°С в инертной атмосфере. После чего с определенной периодичностью отбирались аликвоты раствора, которые немедленно разбавлялись гексаном в 4 раза. Нанокристаллы начинали высаживаться после добавления этилового спирта и выделялись центрифугированием. Все измерения с полученными образцами велись после их диспергирования в хлороформе.

Считается, что нагрев ведет к образованию олеатов металлов, а затем к их дальнейшему разложению на поверхности формирующихся наночастиц. Слишком длительное воздействие высокой температуры ведет к удалению органики с поверхности наночастицы и увеличению дефектов, позволяющих снять возбуждение безызлучательным путем. Все это ведет к ухудшению люминесцентных свойств при нагреве более, чем в течение 30 минут.

У недоппированного галлата пик поглощения был около 274 нм (отвечает ширине запрещенной зоны). Фотолюминесценция возбуждалась узкой полосой около 254 нм и широкой около 365. Испускается же излучение длиной волны около 435 нм, квантовый выход около 2,5%.

При легировании тербием в спектре люминесценции появляются пики, отвечающие переходам иона Tb3+(489, 546, 584 и 622). Заметно, что их интенсивность растет с уменьшением времени прогрева и увеличением доли добавки. Тербий частично подавляет испускание базовой длины волны, а присутствие всех этих длин волн дает зеленый цвет. Спектр возбуждения тоже меняется, считается, что пик при 245 относится к исходному соединению (просто немного сдвинут), а правый пик содержит в себе пики галлата и тербия. Квантовый выход люминесценции достигал 5,6%.

Образцы, легированные европием, подчинялись тем же закономерностям. Итоговое излучение получалось красным, но люминесценция имела, к сожалению, меньший выход - около 1,9%.

Помимо полученных результатов, был установлен размер наночастиц: 2,4 - 3,6 нм (по данным электронной микроскопии) и их однофазность (по данным РФА имеется только фаза кубической шпинели). Материалы на основе синтезированных наночастиц могут найти широкое применение в различных устройствах. Уже сейчас можно рассматривать данные наночастицы, вместе взятые в качестве потенциальной основы для создания фотолюминесцентного устройства с возможностью отображения любого видимого цвета, т.е. фотолюминесцентного пикселя.




Комментарии
Л В А, 15 ноября 2009 13:52 
Скорее всего именно такие решения (на дисперсных системах и р-рах) будут в будущем востребованы - накоплена хим энергия отдаётся по индуцированному извне сигналу. Причем внешний сигнал может быть как химический (палочки давно используются в спасжилетах, да и туристами - не менее 25лет), так и электрический, когда для работы освещения или нагревателя достаточно электростатическое поле, создаваемое прозрачными пластинами и маленьким преобразователем киловольт на 60 (лет 8-9 назад в руках держал, грамм 50 не более весит), получающий энергию от небольшого аккумулятора, который в свою очередь может заряжаться либо посредством тех же солнечных батарей, либо от сети.
Либо в световом, либо в ИК диапазонах (лучистое отопление наиболее эффективно для зданий с большой высотой помещений, например библиотек, конференц-залов и цехов).
Подобные системы скорее всего есть. Во всяком случае именно химическое накопление световой и тепловой энергии в результате фототермохимии Семенов считал наиболее интересными. КПД запасания ещё в 1970-х в лаборатории доходил до немыслимых для солнечных батарей 50-60%. При этом нет потерь в аккумуляторах и сетях, инверторах и пр., доходящих до 10-15% сами по себе.

Главный недостаток - низкая интенсивность свечения может быть компенсирован
площадью. Бестеневое освещение имеет некоторые недостатки, но достоинств всё же больше. 1000лм/м2 вполне реально достижимая величина, достаточная для светящихся потолков. Сейчас подобные системы делают японцы на электролюминесцентных источниках света. Ценник весьма высок, предлагают лишь для комнат переговоров, кабинетов директоров и пр., но покупают - отличный спекртальный состав, который никаким лампам, тем более светодиодам не снившийся и возможность диммирования (как солнце садится).


Подача света снаружи также возможна - рулонные концентраторы на световодах и подающих в них освещение метаматериалах гораздо дешевле чем любые более-менее реальные полупроводниковые элементы, паче имеющие высокий КПД. Подобная задача решена отчасти на мощных твердотельных лазерах, но сам принцип в основе весьма дешев. Такое есть и в природе - мех белого медведя, собирает и подводит к коже слабый солнечный свет, делая его жизнь легче.


Crab Cakes, 15 ноября 2009 16:11 
Квантовый выход люминесценции достигал 5,6%.
- в ***, однозначно
Л В А, 15 ноября 2009 17:56 
Данные системы действительно мало чего собой представляют, к тому же сами по себе данные системы свет не излучают, но сам принцип доработать использовать стоит - многие вещи возможно сделать гораздо проще.

В тех же лазерах на красителях поначалу также мало имели, а сейчас существуют на десятки процентов КПД.

Главная ошибка, на мой взгляд - мы накачиваем системы извне, в то время как правильнее изнутри - в отличие от лазеров для ряда технических приложений нам по барабану ряд свойств активных сред. Например, в качестве источника света для фотолитографии или в качестве источкика света. Про источник тепла и говорить нечего. Там, единственно, нужно постараться подогнать без больших энергитически потерь на более удобные для человека диапазоны длин волн.

Самое важное - излучатели возможно сделать вообще не привязанными к розетке и достаточно технологичными для изготовления грубо говоря из порошка, воды и пустых бутылок прямо на месте.
Если сделаем, то ЮНЕСКО и ряд др организаций сим весьма заинтересуются, а потом уже и развитые потянуться, как с нетбуками было.
Как турист, давно пользуюсь химическим маяком. Очень полезная штука, особенно, если вам лень долгое время расходовать энергию батареечного фонаря, только разве что "на маяк". Палочки светят тише, но гораздо дольше. Свет такого "химического" фонаря не спутаешь ни с одним другим. очень полезно, когда нужно ориентировать группу на какую-то высоту, чтобы они шли туда. :)

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Макароны
Макароны

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.