Новая гибридная перовскитная конструкция увеличивает излучение органического света в пять раз, что обеспечивает быстрое обнаружение излучения.
Исследователи из Университета Оклахомы разработали гибридные перовскитные материалы, которые переосмысливают принцип излучения света и могут улучшить работу быстродействующих детекторов излучения.
Вместо того чтобы полагаться в основном на неорганическую составляющую перовскитов, команда разработала материалы, которые используют органический компонент для быстрого и эффективного генерирования света под воздействием излучения.
Перовскиты — это кристаллические материалы, характеризующиеся специфической атомной структурой. Они заняли центральное место в современной материаловении, особенно в солнечных батареях и оптоэлектронике.
Традиционно исследователи сосредотачивались на неорганическом каркасе, поскольку считалось, что именно он определяет большинство полезных свойств.
Команда из Оклахомы оспорила это предположение. Под руководством М.С. Мухаммада, аспиранта кафедры химии и биохимии, группа исследовала, может ли органическая часть гибридных слоистых перовскитов играть более значительную функциональную роль.
Их ответ был утвердительным. Внедряя органические молекулы непосредственно в слоистые галогенидные перовскитные структуры, исследователи создали материалы, которые излучают свет от самого органического компонента при воздействии радиации.
Этот уровень светового излучения входит в число рекордно высоких для подобных систем, что является ключевым показателем при обнаружении излучения.
Переосмысление органического и неорганического дизайна
«Объединив неорганические и органические компоненты в один гибридный материал, мы можем использовать преимущества каждой из структурных частей», — сказал Мухаммад.
«Для быстродействующих детекторов излучения необходимы быстрые сцинтилляционные свойства, а это значит, что нам нужно, чтобы излучение света происходило быстро. Органическая структурная часть этих материалов может это обеспечить».
Команда исследователей включила молекулы, известные как стильбены, в специально разработанные двухмерные слоистые перовскиты.
Стильбены известны своей сильной светоизлучающей способностью. При помещении их в искусственно созданную кристаллическую структуру их характеристики значительно улучшились.
В результате эффективность светоизлучения увеличилась в пять раз по сравнению с самими органическими молекулами. Это увеличение свидетельствует о том, что кристаллическая среда усиливает реакцию молекул на излучение.
Работа Мухаммада исходила из простого, но фундаментального вопроса: обусловлены ли интересные свойства перовскитов только неорганической частью их структуры?
«Человек, незнакомый с этой областью, может спросить, почему вообще важно, исходит ли световое излучение от органической или неорганической структурной части. Но оказывается, что свойства светового излучения неорганических и органических структурных частей совершенно разные», — сказал Байрам Сапаров, доктор философии, профессор кафедры и старший автор исследования.
Более быстрый свет, более длительная стабильность
Излучение органических веществ происходит быстрее, чем излучение неорганических веществ. В таких областях применения, как обнаружение нейтронов, рентгеновских лучей и гамма-излучения, скорость отклика имеет решающее значение. Детектор должен преобразовывать поступающее излучение в световые сигналы практически мгновенно.
«Нам нужны детекторы быстрых нейтронов, детекторы быстрых рентгеновских лучей, детекторы быстрых гамма-лучей, и для этих применений можно использовать органические материалы», — сказал Сапаров. «Эта стратегия, которую использовал Мухаммед, привела к увеличению эффективности излучения света органическим компонентом до пяти раз».
Помимо скорости и яркости, материалы также продемонстрировали высокую экологическую стабильность. Многие соединения, используемые для обнаружения излучения, требуют защитных покрытий для предотвращения деградации.
Эти гибридные перовскиты оставались стабильными более года на открытом воздухе без инкапсуляции.
«Характеристики материалов Мухаммеда сопоставимы с характеристиками современных детекторов быстрого излучения», — сказал Сапаров.
«Это говорит нам о том, что продемонстрированная нами в этой работе стратегия эффективна. Дальнейшая доработка позволит нам повысить эффективность люминесценции этих гибридных материалов, и они даже смогут превзойти самые современные аналоги».
Полученные результаты свидетельствуют о том, что изменение баланса роли органических и неорганических компонентов в перовскитах может открыть новые возможности для высокоскоростных технологий обнаружения излучения. Исследование было опубликовано в журнале Американского химического общества.
Sourse: interestingengineering.com
