Группа исследователей из Университета штата Флорида (FSU) под руководством профессора химии и биохимии Биву Ма совершила прорыв в области материаловедения, разработав новый класс гибридных материалов под названием органические металлогалогенидные гибриды (OMHHs). Эти инновационные вещества, сочетающие органические молекулы и металлогалогенидные единицы, демонстрируют поразительную гибкость и потенциал для кардинального изменения оптоэлектронных технологий. Подобно конструктору Lego, OMHHs могут быть собраны в различные конфигурации, предлагая беспрецедентный контроль над их свойствами.
В частности, ученые сосредоточились на изучении 0D OMHHs – нульмерных гибридов, способных преобразовывать электричество в видимый свет, то есть работать в качестве светодиодов (LEDs). Кроме того, они могут трансформировать высокоэнергетическое рентгеновское излучение в видимое свечение, выступая в роли сцинтилляторов, а также преобразовывать рентгеновские лучи непосредственно в электрические сигналы для прямых рентгеновских детекторов. Исследования, проводимые в FSU в сотрудничестве с Лос-Аламосской национальной лабораторией и Университетом в Буффало, заложили основу для широкого спектра применений этих новых материалов.
Одним из перспективных направлений является разработка высокоэффективных белых светодиодов. Команда Биву Ма сумела интегрировать 0D OMHHs с металлогалогенидными перовскитами, создав устройства с выдающимися характеристиками. Эти инновационные светодиоды могут стать экономичной альтернативой традиционным источникам света. Отдельно стоит отметить работу, опубликованную в 2024 году в журнале Advanced Materials под названием "Solution Processed Bilayer М⃰l Halide White Light Emitting Diodes" (DOI: 10.1002/adma.202412239), где первым автором выступил Хе Лю.
Другим важным достижением является создание эффективных рентгеновских сцинтилляторов на основе органических гибридных пленок бромида марганца. Традиционные сцинтилляторы, используемые в медицине, безопасности и промышленности, изготавливаются из дорогостоящих материалов и требуют высокотемпературной обработки. 0D OMHHs, напротив, предлагают недорогое и экологически чистое решение, которое может быть легко нанесено на большую площадь из раствора, минуя необходимость использования монокристаллов. Исследование, опубликованное в сентябре 2024 года в Advanced Functional Materials под названием "Efficient X‐Ray Scintillators Based on Facile Solution Processed 0D Organic Manganese Bromide Hybrid Films" (DOI: 10.1002/adfm.202413755) с Тараннумой Фердоус Манни в качестве первого автора, раскрывает огромный потенциал этой технологии. Потенциальные применения включают медицинскую визуализацию, досмотр безопасности и промышленные химические испытания, а также перспективные методы лучевой терапии и фотонно-счетную компьютерную томографию.
Кроме того, 0D OMHHs демонстрируют многообещающие результаты в области прямых рентгеновских детекторов. Традиционные материалы, такие как кремний и селен, обладают рядом ограничений. Новые материалы, в основе которых органические гибриды бромида цинка, показывают высокую чувствительность, низкие пределы обнаружения, стабильность и не требуют сложной и дорогостоящей обработки. Это открывает перспективы для создания компактных и эффективных детекторов. Статья, опубликованная в журнале ACS Energy Letters в ноябре 2024 года, "Direct X-ray Detectors Based on an Eco-Friendly Semiconducting Zero-Dimensional Organic Zinc Bromide Hybrid" (DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01598) с Олувадарой Дж. Оласупо в качестве первого автора, подробно описывает эти достижения.
Ключевым преимуществом OMHHs является их экономичность, поскольку они производятся из распространенных и нетоксичных сырьевых материалов. Кроме того, они являются экологически чистыми и универсальными, а их свойства можно точно настраивать для конкретных задач. Это делает OMHHs перспективной альтернативой существующим материалам, способной превзойти их по характеристикам. С момента публикации первой работы группы Биву Ма по OMHHs в 2017 году, прогресс в области использования этих материалов для сцинтилляторов заметен с 2020 года.
Поддержка исследований со стороны Национального научного фонда (NSF) является подтверждением важности и актуальности этих работ. Под руководством Вей Янга, заведующего кафедрой химии и биохимии в FSU, исследовательская группа продолжает работу, постоянно расширяя горизонты применения OMHHs. Биву Ма также подал заявку на патент США для технологии прямых рентгеновских детекторов на основе OMHHs.
Исследования в FSU закладывают фундамент для будущих технологических прорывов, направленных на создание более эффективных, экологически чистых и доступных электронных устройств. Органические металлогалогенидные гибриды могут стать ключом к новой эре оптоэлектроники, способной коренным образом изменить различные сферы нашей жизни. Многообещающие результаты научных публикаций и наличие патента говорят о высоком потенциале технологии. Использование аморфных пленок, получаемых методом растворной обработки, также является большим преимуществом, обеспечивающим масштабируемость и простоту производства.
Изображение носит иллюстративный характер
В частности, ученые сосредоточились на изучении 0D OMHHs – нульмерных гибридов, способных преобразовывать электричество в видимый свет, то есть работать в качестве светодиодов (LEDs). Кроме того, они могут трансформировать высокоэнергетическое рентгеновское излучение в видимое свечение, выступая в роли сцинтилляторов, а также преобразовывать рентгеновские лучи непосредственно в электрические сигналы для прямых рентгеновских детекторов. Исследования, проводимые в FSU в сотрудничестве с Лос-Аламосской национальной лабораторией и Университетом в Буффало, заложили основу для широкого спектра применений этих новых материалов.
Одним из перспективных направлений является разработка высокоэффективных белых светодиодов. Команда Биву Ма сумела интегрировать 0D OMHHs с металлогалогенидными перовскитами, создав устройства с выдающимися характеристиками. Эти инновационные светодиоды могут стать экономичной альтернативой традиционным источникам света. Отдельно стоит отметить работу, опубликованную в 2024 году в журнале Advanced Materials под названием "Solution Processed Bilayer М⃰l Halide White Light Emitting Diodes" (DOI: 10.1002/adma.202412239), где первым автором выступил Хе Лю.
Другим важным достижением является создание эффективных рентгеновских сцинтилляторов на основе органических гибридных пленок бромида марганца. Традиционные сцинтилляторы, используемые в медицине, безопасности и промышленности, изготавливаются из дорогостоящих материалов и требуют высокотемпературной обработки. 0D OMHHs, напротив, предлагают недорогое и экологически чистое решение, которое может быть легко нанесено на большую площадь из раствора, минуя необходимость использования монокристаллов. Исследование, опубликованное в сентябре 2024 года в Advanced Functional Materials под названием "Efficient X‐Ray Scintillators Based on Facile Solution Processed 0D Organic Manganese Bromide Hybrid Films" (DOI: 10.1002/adfm.202413755) с Тараннумой Фердоус Манни в качестве первого автора, раскрывает огромный потенциал этой технологии. Потенциальные применения включают медицинскую визуализацию, досмотр безопасности и промышленные химические испытания, а также перспективные методы лучевой терапии и фотонно-счетную компьютерную томографию.
Кроме того, 0D OMHHs демонстрируют многообещающие результаты в области прямых рентгеновских детекторов. Традиционные материалы, такие как кремний и селен, обладают рядом ограничений. Новые материалы, в основе которых органические гибриды бромида цинка, показывают высокую чувствительность, низкие пределы обнаружения, стабильность и не требуют сложной и дорогостоящей обработки. Это открывает перспективы для создания компактных и эффективных детекторов. Статья, опубликованная в журнале ACS Energy Letters в ноябре 2024 года, "Direct X-ray Detectors Based on an Eco-Friendly Semiconducting Zero-Dimensional Organic Zinc Bromide Hybrid" (DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01598) с Олувадарой Дж. Оласупо в качестве первого автора, подробно описывает эти достижения.
Ключевым преимуществом OMHHs является их экономичность, поскольку они производятся из распространенных и нетоксичных сырьевых материалов. Кроме того, они являются экологически чистыми и универсальными, а их свойства можно точно настраивать для конкретных задач. Это делает OMHHs перспективной альтернативой существующим материалам, способной превзойти их по характеристикам. С момента публикации первой работы группы Биву Ма по OMHHs в 2017 году, прогресс в области использования этих материалов для сцинтилляторов заметен с 2020 года.
Поддержка исследований со стороны Национального научного фонда (NSF) является подтверждением важности и актуальности этих работ. Под руководством Вей Янга, заведующего кафедрой химии и биохимии в FSU, исследовательская группа продолжает работу, постоянно расширяя горизонты применения OMHHs. Биву Ма также подал заявку на патент США для технологии прямых рентгеновских детекторов на основе OMHHs.
Исследования в FSU закладывают фундамент для будущих технологических прорывов, направленных на создание более эффективных, экологически чистых и доступных электронных устройств. Органические металлогалогенидные гибриды могут стать ключом к новой эре оптоэлектроники, способной коренным образом изменить различные сферы нашей жизни. Многообещающие результаты научных публикаций и наличие патента говорят о высоком потенциале технологии. Использование аморфных пленок, получаемых методом растворной обработки, также является большим преимуществом, обеспечивающим масштабируемость и простоту производства.
