Инновационный нанотермометр, разработанный в стенах Ульсанского национального института науки и технологии (UNIST) под руководством профессора О-Хун Квона и ведущего исследователя Вон-Ву Пака, совершил прорыв в области материаловедения. Эта разработка позволяет одновременно наблюдать ультратонкие структуры материалов и измерять их температуру в режиме реального времени, что открывает новые горизонты для понимания взаимосвязи между строением вещества и его термодинамическими свойствами.
Суть инновации заключается в использовании катодолюминесценции (CL) – свечения, возникающего при облучении материала электронным пучком. Специально разработанный нанотермометр из ванадата иттрия (YVO4) с ионами диспрозия (Dy3+) размером всего 150 нм, встроенный в просвечивающий электронный микроскоп (TEM), анализирует спектр этого свечения. Электронный пучок TEM в данном случае выполняет двойную функцию: он не только позволяет наблюдать микроструктуру, но и служит источником возбуждения для нанотермометра.
Преимуществом нового нанотермометра является его высокая точность и надежность. В отличие от предыдущих разработок, он менее чувствителен к интенсивности электронного пучка. Это достигается благодаря использованию ионов диспрозия (Dy3+), которые обеспечивают стабильный CL-спектр, подчиняющийся распределению Больцмана. Это распределение, описывающее, как доля высокоэнергетических квантовых состояний увеличивается с ростом температуры, напрямую связано с температурой и обеспечивает надежные измерения. Ванадат иттрия (YVO4) был выбран в качестве основы для нанотермометра из-за его высокой устойчивости к электронному облучению.
Новый нанотермометр способен измерять температуру в диапазоне от -170°C до 50°C с погрешностью всего ±4°C, что позволяет проводить точные и надежные исследования. Кроме того, он обеспечивает возможность одновременного наблюдения за структурными и температурными изменениями, вызванными внешними воздействиями, такими как лазерное облучение. Эта уникальная возможность открывает двери для изучения динамических процессов в материалах, которые ранее были недоступны для наблюдения.
Исследование, опубликованное в журнале ACS Nano под названием "Boltzmann-Distribution-Driven Cathodoluminescence Thermometry in In Situ Transmission Electron Microscopy" (DOI: 10.1021/acsnano.3c09166), демонстрирует потенциал этой технологии. По результатам исследования, нанотермометр, в разработке которого принимал участие Павел К. Ольшин и другие исследователи, может стать мощным инструментом для разработки новых материалов.
Особенно перспективным является применение нового нанотермометра в области создания термочувствительных материалов для вторичных батарей и дисплейных технологий. Возможность точного контроля температуры во время процессов зарядки и разрядки позволит оптимизировать характеристики этих устройств и повысить их эффективность. Таким образом, работа команды UNIST не только представляет собой значительный шаг вперед в области нанотехнологий, но и имеет практическое значение для различных отраслей промышленности.
Изображение носит иллюстративный характер
Суть инновации заключается в использовании катодолюминесценции (CL) – свечения, возникающего при облучении материала электронным пучком. Специально разработанный нанотермометр из ванадата иттрия (YVO4) с ионами диспрозия (Dy3+) размером всего 150 нм, встроенный в просвечивающий электронный микроскоп (TEM), анализирует спектр этого свечения. Электронный пучок TEM в данном случае выполняет двойную функцию: он не только позволяет наблюдать микроструктуру, но и служит источником возбуждения для нанотермометра.
Преимуществом нового нанотермометра является его высокая точность и надежность. В отличие от предыдущих разработок, он менее чувствителен к интенсивности электронного пучка. Это достигается благодаря использованию ионов диспрозия (Dy3+), которые обеспечивают стабильный CL-спектр, подчиняющийся распределению Больцмана. Это распределение, описывающее, как доля высокоэнергетических квантовых состояний увеличивается с ростом температуры, напрямую связано с температурой и обеспечивает надежные измерения. Ванадат иттрия (YVO4) был выбран в качестве основы для нанотермометра из-за его высокой устойчивости к электронному облучению.
Новый нанотермометр способен измерять температуру в диапазоне от -170°C до 50°C с погрешностью всего ±4°C, что позволяет проводить точные и надежные исследования. Кроме того, он обеспечивает возможность одновременного наблюдения за структурными и температурными изменениями, вызванными внешними воздействиями, такими как лазерное облучение. Эта уникальная возможность открывает двери для изучения динамических процессов в материалах, которые ранее были недоступны для наблюдения.
Исследование, опубликованное в журнале ACS Nano под названием "Boltzmann-Distribution-Driven Cathodoluminescence Thermometry in In Situ Transmission Electron Microscopy" (DOI: 10.1021/acsnano.3c09166), демонстрирует потенциал этой технологии. По результатам исследования, нанотермометр, в разработке которого принимал участие Павел К. Ольшин и другие исследователи, может стать мощным инструментом для разработки новых материалов.
Особенно перспективным является применение нового нанотермометра в области создания термочувствительных материалов для вторичных батарей и дисплейных технологий. Возможность точного контроля температуры во время процессов зарядки и разрядки позволит оптимизировать характеристики этих устройств и повысить их эффективность. Таким образом, работа команды UNIST не только представляет собой значительный шаг вперед в области нанотехнологий, но и имеет практическое значение для различных отраслей промышленности.
