Ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева синтезировали аэрогель из оксида кремния со встроенными люминесцентными частицами металлоорганического вещества Alq3. Это открывает широкий спектр возможностей для создания новых светоизлучающих устройств. Исследование опубликовано в журнале Journal of Solid of State Chemistry.Светодиоды широко распространены, однако их излучение неравномерно и неестественно. Чаще всего светодиоды испускают свет определенного цвета – например, только зеленый или красный. В типичном современном светодиоде есть два светоизлучающих объекта. Это люминесцирующее вещество, испускающее синий и ультрафиолетовый свет под действием электрического тока, а также полупрозрачная фосфоресцирующая пленка. Под воздействием синего излучения она тоже начинает давать свет – желтый. Смесь этих оттенков в нужных пропорциях дает белый. Однако в такой комбинации слишком много ультрафиолета, поэтому от такого света быстрее устают глаза. Этим объясняется поиск новых подходов к созданию светодиодов.В ходе исследования были использованы аэрогели – материалы, представляющие собой твердые легкие губки, поры которых заполнены газом. У них очень маленькая плотность, огромная пористость, а также большая площадь внутренней поверхности (до 1500 м2/г). Ученые внедрили люминесцентные вещества в аэрогели по двум 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. 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», – рассказывает Артем Лебедев, один из авторов работы, старший научный сотрудник РХТУ.В работе ученые использовали в качестве люминесцентного вещества металлоорганическое соединение трис(8-оксихинолина) алюминия (Alq3). Alq3 возбуждается ультрафиолетом и излучает зеленый свет с максимумом интенсивности в области 500 нм. В качестве матрицы Alq3 выступал аэрогель из диоксида кремния. Сначала ученые получили из кремнийорганических прекурсоров гидрогель. Дальше в эту матрицу внедряли Alq3 – он плохо растворяется в изопропаноле, однако имеет более высокую растворимость в ацетоне. По этой причине изопропанол постепенно заменяли на ацетон, а потом всю губку погружали в раствор Alq3 в ацетоне. В результате пористая структура геля впитывала в себя люминофор. После этого гидрогель нужно было превратить в аэрогель. Гидрогели высушивали в среде сверхкритического диоксида углерода, нагретого внутри специального аппарата при давлении в 120 атмосфер до температуры выше 31°C. Для успешной сушки ученые непрерывно подавали CO2 в аппарат в течение нескольких часов, за счет чего из геля удалялся растворитель. Когда он полностью исчез и ученые начали постепенно уменьшать давление, CO2 превращается в газ. В результате получается гибридный аэрогель со встроенным Alq3. В обычных условиях он выглядит как твердый полупрозрачный материал, но при облучении ультрафиолетом он начинает светиться зеленым цветом.В настоящее время ученые внедряют в аэрогели другие металлоорганические люминесцирующие вещества, чтобы комбинировать их спектры излучения. В ближайшем будущем исследователи планируют создать прототип светоизлучающего устройства на основе аэрогелей.
