Способ получения высокоэффективной апконверсионной люминесценции комплексов оксида иттербия с наночастицами золота
Апконверсионная люминесценция оксид иттербия наночастицы золота преобразование ИК-энергии
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа получения красной апконверсионной люминесценции в диапазоне 680-700 нм порошка наночастиц оксида иттербия, усиленной за счет плазмонного резонанса золотых наночастиц при возбуждении полупроводниковым лазером 980 нм. Поставленная задача решается тем, что в апконверсионном люминофоре порошка оксида иттербия наблюдается кооперативная люминесценция между близко расположенными ионами иттербия, при этом генерируются плазмоны наночастиц золота и реализуется механизм переноса энергии возбуждения от плазмонов к ионам иттербия, что приводит к увеличению интенсивности свечения в заданном диапазоне. Для этого из металлического иттербия получают порошок оксида иттербия Yb2O3, к нему добавляют коллоидный раствор абляционных наночастиц золота, полученный состав высушивают, формируют таблетку, затем помещают ее под лазерное излучение 980 нм, в результате чего наблюдают красное свечение апконверсионной люминесценции.
Приготовление порошков оксида иттербия Yb2O3 осуществлялось в следующей последовательности. Металлический иттербий чистотой 99,999% (Sigma Aldrich) растворяли в 20% растворе азотной кислоты. Соль Yb(NO3)3, образовавшуюся после испарения раствора, отжигали в муфельной печи при 1000°C в течение 2 часов. Соль Yb(NO3)3 растирали в ступке и растворяли в дистиллированной воде при комнатной температуре. К полученному раствору добавляли раствор щавелевой кислоты до полного выпадения осадка оксалата иттербия.  Далее при нагревании оксалат иттербия разлагается и превращается в оксид. Часть полученного оксида иттербия выдерживали в холодной воде (5°C) в течение двух недель для получения пористой структуры поверхности за счет избирательного растворения активных участков поверхности порошка. После этого порошок сушили при комнатной температуре и отжигали в печи при 300°C в течение 2 ч. Структура поверхности полученных образцов исследовались методом электронной микроскопии. Таблетки оксидов иттербия с разной структурой поверхности (до и после замачивания в воде) диаметром 1 см и толщиной 1 мм получали прессованием под давлением 9,987  1012 Па.
Наночастицы(НЧ) золота были приготовлены методом лазерной абляции золотой пластинки пробы 999,9 в воде с помощью фемтосекундного лазера фирмы Avesta (лазерная система ТЕТА-25/30, Россия) с длиной волны излучения λ = 1032 нм, длительностью импульса 280 фс, частотой 25 кГц, средней максимальной мощностью Pсr=3,7 Вт. Размеры НЧ золота исследовали методом фотокорреляционной спектроскопии. Средние значения радиуса НЧ золота составляли r = 2849 нм. При приготовлении образца оксида иттербия с НЧ золота количество оксида иттербия составляло 20 мг, на него происходило осаждение НЧ золота с концентрацией   в диапазоне (0.25-1.0)10-4 М. Процесс осаждения был выполнен в водном растворе с магнитной мешалкой в течении 2 часов при Т =60°С.  Полученный порошок с НЧ высушивался в сушильном шкафу при 40 град в течение 20 мин. Структура поверхности полученных порошков исследовали методом электронной микроскопии. Источником возбуждения апконверсионной люминесмценции(АКЛ) оксида иттербия с наночастицами золота был ИК-лазер (LSR-PS-II, Китай) с длиной волны  λ = 980 нм и  плавной регулировкой мощности в диапазоне 0.1 -1.0 Вт.  При регистрации кинетики затухания АКЛ образцов данный лазер был использован в импульсном режиме генерации излучения с помощью импульсного генератора импульсов Г5-54. Под защитный кожух помещается таблетка порошка оксида иттербия с наночастицами золота. Излучение регистрируется с помощью ФЭУ, подключенного к блоку питания. Интенсивность сигнала от ФЭУ определяется при помощи осциллографа.
Выявлена зависимость квантового выхода люминесценции от концентрации наночастиц золота. В области концентраций золота 0.2510-4 – 0.710-4 M при увеличении содержания золота квантовый выход люминесценции увеличивается по линейному закону.  Максимальный квантовый выход апконверсионной люминесценции при мощности возбуждения 0.5 Вт составил 42% при концентрации наночастиц золота 10-4 M. Таким образом, при способе получения высокоэффективной апконверсионной люминесценции микропористого оксида иттербия с адсорбированными наночастицами золота, добавленными с целью плазмонного усиления квантового выхода свечения люминесценции, люминофор создан на основе только одного редкоземельного элемента – иттербия, обладающего кооперативной апконверсионной люминесценцией, а усиление люминесцентного сигнала осуществляется за счет генерации плазмонов наночастицами золота, адсорбированных на пористой поверхности, и диполь-дипольной передачи энергии возбуждения от плазмонов к ионам иттербия Yb3+.
-Создание на основе предложенного материала (оксид иттербия с наночастицами золота) оптических преобразователей ИК-излучения, приборов ночного видения и устройств визуализации;
-Использование в фотодинамической терапии против злокачественных новообразований в качестве сенсибилизатора, способного генерировать красное излучение посредством апконверсии падающего ИК-излучения
Анна
Цибульникова
Владимировна
старший научный сотрудник
Кандидат физико-математических наук
Отсутствует
A-9623-2018
57193169565
994417
0000-0001-8578-0701
РОССИЯ
Александр
Федоров
Александрович
Ректор
РОССИЯ
29.31.21
Оптика твердых тел
01.03.UK
PHYSICS, CONDENSED MATTER
Наталья
Мыслицкая
Александровна
проведение расчетов
РОССИЯ
Василий
Слежкин
Анатольевич
проведение эксперимента и обсуждение результатов
РОССИЯ
Валерий
Брюханов
Вениаминович
обсуждение результатов
РОССИЯ
Анна
Цибульникова
Владимировна
проведение эксперимента и измерений
РОССИЯ
Илья
Самусев
Геннадьевич
анализ данных, сборка оптической схемы
РОССИЯ
РФФИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ"
1037739411489
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский фонд фундаментальных исследований"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
ФГАОУ ВО "БФУ им. И. Канта"
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта"
1023901002949
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные автономные учреждения