Ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева, вуза – участника НОЦ «ТулаТЕХ», получили люминесцентный аэрогель
Те светодиоды, которые используются сейчас имеют серьезные недостатки. Главный среди них — это неравномерность и неестественность излучения. Чаще всего светодиоды сами по себе испускают свет в узком диапазоне длин волн, то есть только определенного цвета, например, только зеленый или только красный. Поэтому чтобы делать с ними по-настоящему эффективные светоизлучающие устройства прибегают к разным хитростям, что значительно повышает их стоимость.
Так, в типичном современном белом светодиоде есть сразу два светоизлучающих вещества. Одно из них — это люминесцирующее вещество, которое испускает синий и ультрафиолетовый свет под действием электрического тока, а второе это полупрозрачная фосфоресцирующая пленка, которая уже под действием синего излучения начинает тоже испускать свет, но только уже желтый. Смесь желтого и синего в нужных пропорциях дает белый, но такая комбинация, конечно, отличается от естественного белого света: в ней слишком много ультрафиолета, а также другие соотношения между интенсивностями излучения на различных длинах волн, и в результате от такого света быстрее устают глаза. Поэтому ученые ищут новые подходы к созданию светодиодов.
Исследователи из РХТУ предложили использовать для этого аэрогели - так называют материалы, представляющие собой твердые легкие губки, поры которых заполнены газом.
«Мы попробовали внедрить люминесцентные вещества в аэрогели по двум основным причинам. Во-первых, у многих люминофоров заметно ухудшается спектр излучения с появлением даже самых незначительных примесей, а также они стремительно деградируют при контакте с влажным воздухом, который их окисляет - аэрогель может выступать в таких случаях как своего рода защитник
люминофора от окружающей среды», - рассказывает один из авторов работы, старший научный сотрудник РХТУ Артём Лебедев. «Во-вторых, аэрогель можно использовать как объемный излучатель, то есть встроить в него не один, а несколько люминесцентных веществ, излучение которых вместе даст гладкий и равномерный спектр. Также аэрогель хорошо подходит и для классической схемы белого светодиода, в котором ультрафиолетовое излучение одного вещества возбуждает фотолюминесценцию другого вещества. Аэрогель хорошо поглощает ультрафиолет и не дает ему выходить наружу, а вместо этого отправляет в путешествие по сложнейшему лабиринту пор пока ультрафиолет не дойдет до молекул люминофора. В результате получается равномерный спектр, сглаженный вот этой сложной внутренней архитектурой аэрогеля».
Авторы работы подчеркивают, что их исследование — это только первая демонстрация возможностей нового подхода и для полученных аэрогелей пока некорректно оценивать такие конечные технические характеристики светоизлучающих устройств как энергоэффективность. Сейчас ученые продолжают работу и внедряют в аэрогели уже другие металлоорганические люминесцирующие вещества, чтобы комбинировать их спектры излучения. В ближайшее время исследователи планируют сделать прототип светоизлучающего устройства на основе аэрогелей.
«В этой первой работе мы уже показали перспективность подхода с люминесцентными аэрогелями, но у этого подхода есть еще одна очень важная перспектива”, - рассказывает Артём Лебедев. “Дело в том, что сам Alq3 стоит очень дорого. Это связано с необходимостью его многократной очистки, с трудностями синтеза. В то же время исходный хинолин, из которого его синтезируют, значительно дешевле. И вот если придумать, как синтезировать металлоорганический комплекс из его прекурсоров непосредственно внутри “защитной” оболочки аэрогеля, в инертной среде сверхкритического диоксида углерода, то это было бы очень и очень выгодно. Над этим мы сейчас активно работаем».
