КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-23-00314
НазваниеПоисковое исследование новых материалов на основе перовскитов и люминесцентных наночастиц, активированных ионами редкоземельных металлов, для фотоники и оптоэлектроники
Руководитель Афанасьева Елена Владимировна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург
Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов
Ключевые слова Нанокристаллические материалы, люминесценция, апконверсия, перовскиты, редкоземельные элементы, квантовые точки
Код ГРНТИ31.15.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Одной из ключевых задач современной фотоники и оптоэлектроники является поиск и создание новых полифункциональных материалов с заданными свойствами и с возможностью изменения/управления их характеристиками для различных приложений. Так, в последнее время актуальной стала проблема разработки новых оптических источников, генерирующих излучение, перестраиваемое в определенных спектральных диапазонах, с улучшенными технико-экономическими показателями. Для решения указанной проблемы перспективными объектами выступают нанокристаллические материалы со структурным типом перовскита, называемые также перовскитные нанокристаллы и/или квантовые точки, сокращенно ПНК. Данный класс материалов по версии журнала Science был включен в топ-10 прорывных технологий. ПНК обладают особыми физико-химическими и функциональными свойствами, такими как высокий коэффициент поглощения, дефектная стойкость, высокий квантовый выход фотолюминесценции (более 80%), узкие полосы излучения, что делает их идеальными кандидатами для различных фотонных и оптоэлектронных приложений. До недавнего времени исследования в области перовскитов включали лишь оксидные структуры и органо-неорганические системы, в частности йодид свинца-метиламмония. Последние перспективны для создания фотовольтаических устройств, но обладают химической нестабильностью и склонны к быстрой деградации на воздухе и во влажной атмосфере. В настоящее время особый интерес представляют неорганические галоидные (галогенидные) перовскитные материалы, структура которых описывается общей формулой ABX3, где A – одновалентный катион (как правило, Cs+), B – двухвалентный катион (Pb2+ или Sn2+), а X – анион (ионы галогенов Br-, I- или Cl-). Одним из их выдающихся оптических свойств является возможность изменять ширину запрещенной зоны и, как следствие, менять (перестраивать) положения полос поглощения и излучения путем варьирования химического состава, в частности заменой аниона галогена. Данная особенность расширяет области возможного практического использования неорганических галоидных перовскитов, включая создание новых перестраиваемых источников излучения, микролазеров, светодиодов, фотоприемников, солнечных элементов и других оптоэлектронных устройств на их основе. В недавних исследованиях 2018-2020 годов была продемонстрирована возможность апконверсионной люминесценции галоидных ПНК, что позволяет рассматривать данные объекты как альтернативные новые материалы для апконверсионных применений. Вместе с тем существует ряд обстоятельств, ограничивающих их использование в этой области. К их числу относится низкая эффективность (<10-8) многофотонного поглощения и потребность в дорогостоящих импульсных лазерах для возбуждения.
Другим классом перспективных материалов для фотоники и оптоэлектроники являются неорганические наноматериалы, активированные ионами редкоземельных металлов (РЗИ). В отличие от ПНК они обладают комплексом свойств таких, как высокое сечение поглощение энергии и интенсивность люминесценции, высокая фотостабильность, высокая вероятность многофотонного излучения, и более эффективны для апконверсионных преобразований. Для их возбуждения можно использовать недорогие полупроводниковые лазеры. Тем не менее, апконверсионные наночастицы, активированные РЗИ, обладают невысоким квантовым выходом, что связано с трудно контролируемым процессом миграции энергии возбуждения между оптически активными центрами. Кроме того, у них существует проблема перестройки положения спектров излучения.
В данном проекте предлагается совместить преимущества двух классов перспективных материалов: ПНК и наночастиц, активированных РЗИ, для создания новых эффективных систем с улучшенными функциональными свойствами для применения в фотонике и оптоэлектронике.
Основная идея заключается в использовании наноматериалов, легированных РЗИ, в качестве сенсибилизаторов для нанокристаллов перовскитов. Такой подход был недавно предложен и применен группой китайских ученых для системы LiYbF4:Tm3+@LiYF4 и CsPbX3. Однако, до сих пор в литературе отсутствуют сведения по влиянию других матриц на эффективность, свойства и стабильность получаемых структур. В данном проекте в качестве сенсибилизаторов для перовскитных частиц предлагается использовать несколько нанокристаллических матриц различного состава, активированных ионами РЗИ различной концентрации, установление их оптимальных составов, а также получение консолидированного (компактированного) образца «наночастицы, активированные РЗИ, – ПНК» с целью повышения устойчивости перовскитов, а также возможного повышения эффективности их апконверсионной люминесценции. Предлагаемые подходы еще не изучены в литературе и будут применены в настоящем исследовании впервые.
В качестве матриц для введения РЗИ будут использоваться системы с низким значением энергии фононов, обладающие химической и термической стабильностью (сложные оксиды тяжелых металлов, галогениды), а в качестве ионов редкоземельных элементов – ионы тулия (Tm3+), иттербия (Yb3+).
Таким образом, данный проект направлен на разработку и исследование новых высокоэффективных материалов на основе люминесцентных наночастиц, активированных ионами редкоземельных металлов, и галоидных перовскитных нанокристаллов, повышению стабильности и улучшения функциональных свойств данных материалов с целью их применения в современной фотонике и оптоэлектронике.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Афанасьева Е.В., Клинков В.А., Вайшля Е.И., Андреева В.Д., Патраков З.А., Гущина М.О.
The Synthesys of CsPbBr3 and CsPbBr3/Cs4PbBr6 Nanoparticles
2022 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2022 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). – IEEE, 2022. – P. 207-209. (год публикации - 2022)
10.1109/EEXPOLYTECH56308.2022.9950987
2. Клинков В.А., Арчелков В.Б. Семенча А.В., Цимерман Е.А., Седегова Т.Ю., Рудской А.И. Halide-containing zinc borosilicate glass as a matrix for CsPbBr3 crystal Materials Physics and Mechanics (год публикации - 2023)
3.
Клинков В.А., Арчелков В.Б., Седегова Т.Ю., Афанасьева Е.В., Андреева В.Д., Марков Л.К., Павлюченко А.С., Смирнова И.П.
Formation of CsPbBr3 nanocrystals in zinc borosilicate glass
2022 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2022 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). – IEEE, 2022. – P. 265-267. (год публикации - 2022)
10.1109/EEXPOLYTECH56308.2022.9950909
4. Клинков В.А., Арчелков В.Б., Ларионова Т.В., Семенча А.В. Оптический композит с люминофором на основе галогенидного перовскита Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения: Материалы ХVIII Международной научно-практической конференции., Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения [Текст]: Материалы ХVIII Международной научно-практической конференции. – Нальчик: Издательство «Принт Центр», 2022. – 158 с. (год публикации - 2022)
Публикации
1.
Клинков В., Арчелков В., Седегова Т., Афанасьева Е., Семенча А., Мазеева А.
Spectral and Luminescent Properties of Borosilicate Glass with CsPbBr3 Nanocrystals
2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). – IEEE, 2023. – P. 332-335. (год публикации - 2023)
10.1109/EEXPOLYTECH58658.2023.10318758
2.
Афанасьева Е., Клинков В., Анохин М., Кирьянов А., Беличенко А.
The Luminescent Properties of CsPbBr3 Precipitated in Polyurethane
2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). – IEEE, 2023. – P. 336-339. (год публикации - 2023)
10.1109/EEXPOLYTECH58658.2023.10318738
3.
Афанасьева Е., Клинков В., Беличенко А., Андреева В.
Degradation of Luminescent Properties and Changes in the Phase Composition of CsPbBr3/Cs4PbBr6 Prepared by Cold Injection Wet Method
2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). – IEEE, 2023. – P. 340-343. (год публикации - 2023)
10.1109/EEXPOLYTECH58658.2023.10318711
4.
Буджемила Л., Давыдов В., Клинков В.
Superlattices in CsPbBr3 Nanocrystals Wavelength Dependent Impedance Spectroscopy(λ-IS)
2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). – IEEE, 2023. – P. 410-413. (год публикации - 2023)
10.1109/EEXPOLYTECH58658.2023.10318658
5. Афанасьева Е.В., Клинков В.А., Патраков З.А. Синтез наночастиц бромида цезия-свинца АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ: сборник статей XIV Международной научно-практической конференции, АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ: сборник статей XIV Международной научно-практической конференции. – Саратов: НОП «Цифровая наука». – 2023. – с. 6-10. (год публикации - 2023)
6. Афанасьева Е.В., Клинков В.А., Вайшля Е.В., Патраков З.А., Андреева В.Д., Михайлов М.Д. Phase composition and luminescent properties of cesium lead bromide perovskite nanopowders Optical materials (год публикации - 2024)
7. Афанасьева Е.В., Клинков В.А. Синтез наночастиц Cs3Bi2Br9 АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ: сборник статей XV Международной научно-практической конференции, АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ: сборник статей XV Международной научно-практической конференции. – Саратов: НОП «Цифровая наука». – 2023. – с. 20-24. (год публикации - 2023)