Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта
Логин
Пароль
EN

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

 Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

Перовскиты использовали для создания умных светодиодных ламп

3 августа 2020 г. Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Перовскиты использовали для создания умных светодиодных ламп

Исследователи из Красноярского научного центра СО РАН, 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.

Источник: Indicator


Поделиться:



Наверх