В.В. Уточникова Люминесцирующие наноматериалы

Люминесцирующиенаноматериалы:области применения и

возможности коммерциализации

Уточникова Валентина Владимировна

МГУ имени М.В. Ломоносова

ФИАН имени П.Н. Лебедева

SIA EVOLED

Люминесценция

«Будем называть люминесценцией избыток над температурным излучением тела в том случае, если это избыточное излучение обладает конечной длительностью примерно 10−10 секунд и больше» С. И. Вавилов, 1948 г.

НЕ рассеяние, НЕ отражение, НЕ комбинационное рассеяния и т.д.:длительность меньше колебания световой волны (которая <10−10 c)

НЕ тепловое излучение

=2=

Виды люминесценции

фотолюминесценция – под действием света

=3=

электролюминесценция – при пропускании электрического тока

(био)хемилюминесценция – использует энергию химических реакций;

СВЕТ

Свет

Видимый свет

Солнечный спектр за пределами атмосферы

Солнечный спектр на уровне моря

УФ

ИК

Человеческий глаз

слепое пятно

центральная ямка

ретина

глазной нерв

Колбочки: - 3 типа для 3 цветов (красный, зеленый, синий) - для нормального освещения

Палочки: - 1 тип - для ночного видения

Цветовое зрение: колбочки

Колбочки:

- 3 типа 3 цвета (красный, зеленый, синий) - 5 миллионов штук, в основном в центральной ямке миллионы пикселов - время сбора изображения: 20 мс

Формирование цвета

Субстрактивное:

Вычитание из отраженного света определенных цветов

Формирование цвета

Аддитивное:

Сложение цветов непосредственно излучающих

объектов

Формирование цвета

Аддитивное:

Сложение цветов непосредственно излучающих

объектов

Субстрактивное:

Вычитание из отраженного света определенных цветов

=12=Цветовые координаты

Координаты CIE (International Commission on Illumination)

Первый источник света: тепловое излучение

Цветоваятемпература

E = ћνν = c/λ

частота длина волны

Разные солнца

Цветовая температура800 К — начало видимого темно-красного свечения раскалённых тел;1500—2000 К — свет пламени свечи; 2800 К — лампа накаливания 100 Вт (вакуумная лампа);2800—2854 К — газонаполненные лампы накаливания с вольфрамовой спиралью;3000 К — лампа накаливания 200 Вт, галогенная лампа;3200—3250 К — типичные киносъёмочные лампы;3400 К — солнце у горизонта;4300—4500 K — утреннее солнце и солнце в обеденное время;4500—5000 К — ксеноновая дуговая лампа, электрическая дуга;5000 К — солнце в полдень;5500 К — облака в полдень;5500—5600 К — фотовспышка;5600—7000 К — лампа дневного света;6200 К — близкий к дневному свет;

6500 К — стандартный источник дневного белого света, близкий к полуденному солнечному свету;6500—7500 К — облачность;7500 К — дневной свет, с большой долей рассеянного от чистого голубого неба;7500—8500 К — сумерки;9500 К — синее безоблачное небо на северной стороне перед восходом Солнца;15 000 К — ясное голубое небо в зимнюю пору;20 000 К — синее небо в полярных широтах;

Цветовая температура

Индекс цветопередачи

• CRI = 0монохроматический источник• CRI = 100широкий спектр источника

0 100

Na-низкого давления НакаливанияHg-высокого давления

50

• Индекс цветопередачи - уровень соответствия естественного цвета тела видимому цвету этого тела при освещении его данным источником света

Индекс цветопередачи

Типы источников света

Тепловое излучение

Газоразрядная лампа

Светодиоднаялампа

OLED

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

Образование молекулярных орбиталей

s (C–O)

s (C–H)

p (C–O)

n (O)

p* (C–O)

s* (C–O)

s* (C–H)

1s (H)

2p (O)

pz (C)

sp3 (C)

C O

C O

C O

Эне

рги

я

Формы молекулярных орбиталей

C O

C O

C O

p (C–O)

n (O)

p* (C–O)

Молекулярная люминесценция

p2n2

p2np*

pn2p*

Эне

ргия

Основное состояние

1 возбужденноесостояние

2 возбужденноесостояние

Пример

НСМО

ВЗМО

Какой цвет?

Как изменить цвет=26

=

Люминесценция лантанидов=27

=

Eu

А что на спектре?

400 500 600 700 800

Длина волны, нм

Соединения тербия

Соединения европия

Применения

Биовизуализациямикроспоп люм. микроскоп наложение

Люминесценция с задержкой

время

инт

енси

внос

ть

Люминесценция с задержкой

время

инт

енси

внос

ть

время

инт

енси

внос

тьавтолюминесценция

биометки

КС лантанидов для биоприменений

=37=

• Длинные времена жизни: отсекаем люминесценцию органических флуорофоров

• Узкие полосы: эффективный сбор излучения узкощелевыми фильтрами

• Большая разница длин волн возбуждения и эмиссии: высокое спектральное разрешение

Наночастицы

Фото Под УФ

SEM

Частица-

лекарс-тво

лю

м и н о фо р

Защитные метки

Eu3+

Eu2+

ЕВРОпий

«Хитрые» метки

+25 С -50 С

Tb3+Eu3+

Люминесцентные метки

300 К 77 К + УФ

Патент

Строение органического светодиода

=44=

Катод

ETL

ЛЮМИНОФОР

HTL

Анод

ETL – электронпроводящий слой

HTL – дыркопроводящий слой

Люминофор для OLEDОрганические соединения, комплексы алюминия, цинка и т.д.:

НЕЭФФЕКТИВНО

Органо-металлические соединения иридия, платины и т.д.:

ДОРОГО

Координационные соединения лантанидов:

НЕ СТАБИЛЬНЫ ИЛИНЕ НАНОСЯТСЯ В ВИДЕ ПЛЕНОК

100-

200

нм

Новый метод нанесения

в Samsung

1 Делайте исследования2 Патентуйте результаты3 Не пренебрегайте результатами4 Интересуйтесь проблемами в других областях

И еще много другихприменений…

Да будет свет!