Уральские ученые создали люминофор длительного свечения для обеззараживания поверхностей

Люминофор нового типа изобрели ученые Уральского федерального университета (УрФУ). Специалистам удалось получить образцы порошков и керамики фосфата иттрия (YPO₄,), ― соединения, которое способно излучать ультрафиолет в течение длительного времени, обеззараживая поверхности: для этого его нужно лишь «подзарядить» рентгеном. Работа физиков поддержана грантом Российского научного фонда, а ее результаты опубликованы в журналах Crystals и Journal of Luminescence.

Авторы исследования отметили, что новые люминофоры будут особенно востребованы в светодиодах, медицинских приборах и системах безопасности, где до сих пор используются устаревшие или менее эффективные технологии. Результаты, полученные в УрФУ, можно назвать рекордными: экспериментальные образцы нового люминофора демонстрируют длительность свечения порядка 40 минут, в то время как в Китае, например, существующие аналоги смогли выдать лишь 15 минут свечения, а в Европе и США, в свою очередь, изучение люминофоров сконцентрировано лишь на видимой части спектра.

По словам авторов проекта, новое соединение имеет обширную область практического применения: его излучение на 70% эффективнее ближнего и среднего ультрафиолета, благодаря чему оно способно убить 99,9% бактерий. Таким образом, используя его, ученые могут результативно применять бактерицидные свойства фосфата иттрия для обеззараживания различных жидкостей и поверхностей: новое вещество способно заменить ртутные ультрафиолетовые лампы, которые также менее безопасны.

В разговоре с корреспондентом «Научной России» доцент Физико-технологического института УрФУ кандидат физико-математических наук Юлия Алексеевна Кузнецова рассказала о том, с какими самыми большими трудностями пришлось столкнуться в ходе исследования, и о том, какие дальнейшие шаги нужны для внедрения разработки в практику.

«Основная трудность заключалась в подборе химического состава материала. С одной стороны, так называемая матрица (основное вещество) должна быть прозрачна в широком диапазоне спектра. С другой стороны, вводимые ионы-активаторы должны обеспечивать люминесценцию в дальнем УФ. И, наконец, в матрице должны существовать дефекты определенного типа, выполняющие роль захвата носителей заряда (электронов и дырок) при облучении рентгеном. Нам удалось обеспечить одновременно выполнение всех этих ключевых условий. Но на этом работа не заканчивается ― впереди оптимизация технологий синтеза и состава материала для получения еще большей длительности свечения».

«Одной из непростых задач было создание реалистичной молекулярно-динамической модели фосфата иттрия. Потребовалось совместно описать как ионную природу кристалла в целом, так и химическое связывание фосфора с кислородом» – добавил старший научный сотрудник кафедры технической физики Физико-технологического института УрФУ кандидат физико-математических наук Кирилл Александрович Некрасов.

В дальнейших планах у ученых ― взаимодействие с медиками, моделирование кристалла YPO₄ с включением активаторных примесей, а также модификация его структуры и запуск нового цикла опытного производства. Главная цель на ближайшее будущее — добиться нескольких часов свечения в ультрафиолетовом излучении дальнего спектра, что пока не удавалось ни одной научной команде.

Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ