27 июня 2019, четверг, 01:09
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

«Умный материал» преобразует ультрафиолет в свет видимого диапазона

MaxPixel

Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова и МИФИ разработали новый материал из пористого полиэтилена и наночастиц. Благодаря своей прочности, флуоресцентным свойствам и термостабильности композит найдет применение в фотонике и альтернативной энергетике. Результаты работы опубликованы в журнале Polymer International. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда, кратко о них рассказывается в пресс-релизе фонда.

«Полученный нами композитный материал обладает, с одной стороны, флуоресцентными свойствами квантовых точек, с другой стороны – механическими свойствами полиэтилена. Он прозрачен в видимой области спектра, устойчив к высокой температуре, сохраняет оптические свойства при механических нагрузках, – рассказывает руководитель проекта Валерий Шибаев. – При этом неорганические частицы составляют более 18% веса пленки и надежно «запаяны» внутри полимера. Композит может найти применение для преобразования высокоэнергетического УФ-излучения в свет видимого диапазона, что важно для задач современной энергетики. Например, в солнечных батареях такой композит повысит КПД и увеличит срок их службы».

Созданием «умных» материалов, свойствами которых можно будет управлять с помощью света, температуры или электрического воздействия, сегодня занимаются исследовательские группы по всему миру. В рамках нового исследования, поддержанного РНФ, группа ученых работает над созданием жидкокристаллических (ЖК) полимеров и композитов. Новый нанокомпозит можно будет использовать для производства светоизлучающих индикаторов различного цвета или солнечных батарей новых типов.

Гибридный материал состоит из обычного промышленного пористого полиэтилена и квантовых точек на основе селенида кадмия, покрытых сульфидом цинка (CdSe/ZnS). Квантовые точки – это наночастицы размером от одного до нескольких десятков нанометров (на острие самой тонкой швейной иглы может поместиться больше восьми миллионов квантовых точек). Они настолько маленькие, что для них действуют законы микромира. Например, квантовые точки одного и того же вещества, имеющие разный размер, излучают свет разного цвета, поскольку их способность поглощать и излучать световую энергию зависит от размера и формы. Ученых привлекают и другие характеристики квантовых точек: яркость флуоресценции, высокий квантовый выход и временная стабильность. Главный недостаток этих наночастиц в том, что на их основе невозможно создать прочный материал. Коллектив под руководством заведующего лабораторией химического факультета МГУ Валерия Шибаева решил поместить квантовые точки в «наноконтейнер» из пористого полиэтилена.

Оригинальный метод введения квантовых точек в поры полиэтиленовой пленки разработал один из авторов исследования, сотрудник химического факультета МГУ Мирон Бугаков. Создание материала проходило в несколько стадий. Первая из них – заполнение пористой полиэтиленовой пленки 20-процентным раствором квантовых точек в октадецене. Органический растворитель октадецен близок по химическому строению к полиэтилену и благодаря этому легко проникает в его пористую структуру, насыщая стенки пор квантовыми точками. При этом, поскольку растворитель и полиэтилен имеют близкие показатели преломления, пленка становится прозрачной. На второй стадии необходимо убрать растворитель из пленки, не вымыв при этом квантовые точки. Для этого пленку промывают ацетоном. Без октадецена материал снова становится мутным, рассеивающим свет, и на третьей стадии требуется придать пленке прозрачность, а также «запечатать» наночастицы в пористой структуре полиэтилена. Для этого используют метод фотополимеризации. Полимеризация – это процесс образования из малых и коротких молекул-мономеров более сложных и длинных полимерных цепей, называемых макромолекулами. В полиэтиленовую пленку вводят смесь двух мономеров и фотоинициатор. Под воздействием ультрафиолетового (УФ) облучения химические связи фотоинициатора разрываются с образованием свободных радикалов, которые вызывают в полимерной пленке формирование трехмерной сетчатой структуры. Сохранение прозрачности пленки обеспечивается правильным выбором мономеров: важно, чтобы при их полимеризации образовывался сополимер с показателем преломления, близким к показателю преломления полиэтилена.

В итоге из мутной, сильно рассеивающей свет полиэтиленовой пленки исследователям удалось сделать прозрачный материал, сохраняющий оптические свойства квантовых точек. Облучение его синим светом вызывает флуоресценцию в желтой области спектрального диапазона.

На основе полученного материала ученые планируют разработать композиты, излучающие свет с заданной поляризацией, а также создать систему лазерной генерации света. Вместе с фотоуправляемыми ЖК-полимерами, над синтезом которых коллектив также активно работает, такие системы могут стать основой для управляемых светом робототехнических устройств, командных поверхностей, новых технологий защиты ценных бумаг и записи оптической информации.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.