ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Данный проект направлен на выяснение фундаментальных закономерностей синтеза нанокомпозитов для реализации явления «разрезания кванта», при котором поглощение веществом одного фотона достаточно большой энергии приводит к появлению одновременно двух или более возбужденных состояний с меньшей энергией. Существование такого механизма при поглощении света изолированными атомами и ионами было теоретически предсказано Декстером более пятидесяти лет назад, а в настоящее время активно исследуется практическая реализация эффектов типа «разрезания квантов» для повышения эффективности солнечных элементов. Авторами настоящей заявки подобный эффект был недавно обнаружен в нанокристаллах оксида цинка в окружении ионов иттербия. Целью предлагаемого проекта является синтез и исследование оптических свойств композитов на основе нанокристаллов оксида цинка с адсорбированными на поверхности катионами редкоземельных элементов, включая иттербий, тербий и европий. В ходе работ по проекту будут проведены эксперименты по исследованию состава и структуры получаемых нанокомпозитов, а также по измерению их спектров поглощения и фотолюминесценции при возбуждении светом видимого и УФ диапазонов. Дополнительно будут проанализированы времена жизни и квантовые эффективности фотолюминесценции ионов редкоземельных элементов в синтезированных нанокомпозитных матрицах в зависимости от размеров и фазового состава нанокристаллов оксида цинка. Полученные результаты будут проанализированы в рамках феноменологической модели, учитывающей процесс «разрезания квантов» в нанокомпозитных твердотельных системах с редкоземельными ионами. По итогам проведенных исследований будет проведена оценка потенциала использования разработанных нанокомпозитов для создания люминесцентных покрытий – конверторов УФ части солнечного света для повышения эффективности солнечных элементов.
Была получена эффективная люминесценция в ИК области (980 нм) катионов иттербия, нанесенных на поверхность наночастиц и наностержней оксида цинка. Возбуждение происходит путем передачи энергии УФ-фтонов, поглощаемых наностержнями оксида цинка. Это может повысить эффективность светопоглощения кремниевых солнечных элементов питания в УФ части спектра солнечного излучения.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 18 июля 2013 г.-25 декабря 2014 г. | Cинтез нанокомпозитных частиц w-ZnO (размером от 5 до 50 нм) с катионами Yb |
Результаты этапа: 1. Был провден синтез монодисперсных нанокомпозитных частиц w-ZnO, ZnO1-xSx, а также ZnO/MgO в диапазоне размеров 10-50 нм, допированных иттрбием и кодопированных литием, проведена полная характеризация их микроморфологии методами СЭМ и ПЭМ, включая распределение по размерам. 2. Были исследованы оптические свойства синтезированных нанокомпозитов методами фотолюминесцентной спектроскопии и показана зависимость интенсивности полосы испускания иттербия в ИК-диапазоне от состава композита и химической предыстории образца. | ||
2 | 19 марта 2015 г.-24 декабря 2015 г. | Cинтез композитных наностержней w-ZnO (диаметром 50-200 нм и длиной в несколько мкм) с оксидом Yb |
Результаты этапа: 1. Было проведено изучение эффекта усиления интенсивности люминесценции в ИК области для нанокомпозитов ZnO, состоящих из наностержней оксида цинка с оксидом иттербием . 2. Методами фотолюминесцентной спектроскопии и спектроскопии поглощения, а также с помощью определения кинетических зависимостей люминесценции изучен механизм переноса энергии на интерфейсе между наночастицами оксида цинка и иттербием. | ||
3 | 23 марта 2016 г.-24 декабря 2016 г. | Синтез нанокомпозитов на основе наностержней оксида цинка с осажденными на их поверхность наночастицами оксида иттербия с оптимизированными структурными свойствами для достижения максимальной интенсивности иттербиевой люминесценции. |
Результаты этапа: За все время выполнения проекта были синтезированы следующие серии образцов 1) Нанокомпозиты ZnO/Yb2O3, состоящие из наночастиц оксида цинка с размерами от 10-20 нм и наночастиц оксида иттербия, находящихся на поверхности ZnO, с различным содержанием Yb вплоть до 6 мол. %, методом осаждения из безводных спиртовых растворов. 2) Нанокомпозиты ZnO/MgO/Yb2O3, состоящие из наночастиц оксида цинка, окруженных матрицей оксида магния с включениями оксида иттербия, методом осаждения из безводных спиртовых растворов. 3) Нанокомпозиты ZnO/Yb2O3, состоящие из наностержней оксида цинка различной предыстории, и оксида иттербия на их поверхности. Наностержни были выращены методом гидротермального и газофазного роста. 4) Нанокомпозиты ZnO/Yb2O3, состоящие из монокристаллов оксида цинка и оксида иттербия на их поверхности, выращенные из расплава оксида цинка, содержащего оксид иттербия при высоких давлениях до 4 ГПа и высоких температурах. Все перечисленные композиты показали эффективную люминесценцию в области 980-1000 нм, характерную для ионов иттербия, в некоторых случаях превышающую по интенсивности люминесценцию матрицы оксида цинка, что говорит о достижении поставленной в исходной заявке фундаментальной научной проблемы. Установлено, что после высокотемпературного отжига происходит изменение концентрационной зависимости интенсивности люминесценции от содержания иттербия и в модификация тонкой структуры линий в спектре, что указывает на изменение природы доминирующих центров излучательной рекомбинации. Исследована зависимость интенсивности фотолюминесценции иттербиевой полосы нанокомпозитов на основе нанокристаллов оксида цинка от интенсивности фотовозбуждения ультрафиолетовым излучением и обнаружено, что для фотолюминесценции ионов иттербия характерна сублинейная, близкая к корневой, что указывает на непрямой механизм передачи энергии от фотовозбужденной подсистемы нанокристаллов оксида цинка к редкоземельным ионам. Полученные результаты указывают на возможные применения Yb-легированных наноструктур оксида цинка в оптоэлектронных устройствах, в частности солнечных элементах, а также в качестве инфракрасных биомаркеров. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".