В современном мире детектирование и регистрация ионизирующего излучения играют ключевую роль в развитии медицины, мониторинге окружающей среды и астрономических исследованиях. Эту важную задачу успешно решают инновационные люминесцентные материалы, способные трансформировать высокоэнергетическое излучение в видимый свет.
Особую категорию люминесцентных веществ представляют сцинтилляторы — материалы, преобразующие высокоэнергетическое излучение в световые сигналы. Традиционные высокоэффективные сцинтилляторы, изготавливаемые из керамики и перовскитов, имеют ряд существенных недостатков: сложность и высокую стоимость производства, токсичность, хрупкость и нестабильность в эксплуатации. Это мотивирует научное сообщество к поиску более совершенных и надежных альтернатив.
Перспективное решение предлагают фосфорорганические соединения, отличающиеся экономичностью производства и механической гибкостью. Однако их применение ограничивалось относительно низкой эффективностью в обнаружении рентгеновского излучения из-за слабого поглощения.
Важным преимуществом этих материалов является способность генерировать триплетные экситоны — особые квазичастицы, представляющие собой связанное состояние электрона и дырки с параллельными спинами. Эти частицы возникают при поглощении излучения материалом, но их потенциал ранее не удавалось реализовать в полной мере из-за особенностей электронной структуры.
Группа исследователей под руководством выдающегося профессора Лю Сяогана совершила настоящий прорыв, разработав инновационный подход к усовершенствованию сцинтилляторов. Ученые обогатили материалы редкоземельными лантанидами для усиления поглощения рентгеновского излучения и внедрили специальные органические лиганды, которые интегрируются в основную структуру материала. Это позволило эффективно аккумулировать триплетные экситоны и преобразовывать их энергию в видимое излучение.
Инновационная молекулярная архитектура, созданная исследователями, существенно улучшила характеристики молекулярных сцинтилляторов. Благодаря оптимизации захвата энергии на органических лигандах удалось достичь впечатляющего результата — усиления люминесценции материала в 1300 раз.
Разработанные органолантанидные соединения демонстрируют исключительную устойчивость к воздействию высокоэнергетического излучения и значительно превосходят существующие органические и неорганические сцинтилляторы по эффективности преобразования рентгеновского излучения. Ученым удалось достичь полного спектра рентгеновской сцинтилляции — от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазона. Более того, разработанная методология позволяет прецизионно контролировать длительность излучения, открывая новые горизонты для практического применения.
Источник: naked-science.ru
