Ученые из Университета Оклахомы разработали гибридные материалы, которые бросают вызов традиционным представлениям о том, как работают светоизлучающие соединения, и могут способствовать развитию технологий быстрого обнаружения радиации. Исследование, опубликованное в Journal of the American Chemical Society, представляет собой новый подход к созданию слоистых перовскитных материалов, сочетающих в себе лучшие свойства органических и неорганических компонентов.
Перовскиты — это кристаллические материалы с особым расположением атомов, благодаря которому они приобретают все большее значение в материаловедении. Предыдущие исследования перовскитов в основном были сосредоточены на неорганической составляющей этих материалов, поскольку именно в ней обычно и заключаются полезные свойства.
Команда Университета Оклахомы под руководством М. С. Мухаммада, аспиранта кафедры химии и биохимии, разработала материалы на основе инновационного подхода к проектированию, использующего преимущества органического компонента гибрида. Эти материалы излучают свет благодаря встроенным в них органическим молекулам. При воздействии радиации их световая эмиссия достигает рекордных значений, что является важнейшим фактором при обнаружении высокоэнергетического излучения.
«Объединив неорганические и органические компоненты в один гибридный материал, мы можем использовать преимущества каждой из структурных частей, — говорит Мухаммад. — Детекторам быстрых частиц нужны свойства быстрого сцинтилляционного эффекта, то есть мы хотим, чтобы свечение происходило быстро. Органическая структурная часть может обеспечить такой эффект».
Включив молекулы под названием стильбены в специально разработанные слоистые структуры перовскита, ученые добились пятикратного увеличения эффективности светоизлучения по сравнению с использованием только органических молекул.
Мухаммад пришел к открытиям, задавшись простым вопросом: обусловлены ли интересные свойства перовскитов только неорганической частью их структуры? «Человек, не разбирающийся в этой области, может спросить, какое значение имеет, откуда исходит свечение — от органической или неорганической части структуры. Но оказывается, что свойства свечения неорганических и органических частей структуры сильно различаются», — говорит Байрам Сапаров, старший автор статьи.
Органические источники излучают свет быстрее, чем неорганические, и в некоторых случаях важно учитывать время или интенсивность излучения.
«Нам нужны детекторы быстрых нейтронов, быстрого рентгеновского излучения, быстрого гамма-излучения, и для этих целей можно использовать органические материалы, — сказал Сапаров. — Стратегия, которую использовал Мухаммад, позволила увеличить эффективность светоизлучения органического компонента в пять раз».
Стабильность — еще одно важное преимущество этих гибридов. Многие материалы для обнаружения радиации требуют защитной оболочки, чтобы предотвратить разрушение под воздействием окружающей среды. Новые материалы оставались стабильными в течение года, находясь на открытом воздухе без защиты.
«По своим характеристикам материалы Мухаммада не уступают современным детекторам быстрого излучения, — говорит Сапаров. — Это говорит о том, что стратегия, которую мы продемонстрировали в работе, эффективна. При дальнейшей доработке мы сможем повысить эффективность люминесценции этих материалов, и они смогут превзойти современные аналоги».
