Современные ионообменные материалы

Научные исследования, проводимые данным научным коллективом, направлены на разработку ионообменных оптических материалов для решения современных задач оптики, сенсорики и фотоники.
Одной из таких задач является разработка люминофоров на основе кластеров серебра. Стекла с люминесцентными кластерами серебра могут быть использованы в качестве люминофоров для белых светодиодов, даун-конвертеров излучения солнечных батарей, а также для создания гибких мониторов. В работе решались задачи оптимизации состава стекла, параметров ионного обмена (концентрация, температура, длительность) и последующей термообработки (температура, длительность) для получения эффективного люминофора на основе кластеров серебра.
В результате проводимых исследований было разработано специальное оптическое стекло, позволяющее формировать слои с высокой концентрацией люминесцентных кластеров серебра методом низкотемпературного ионного обмена. Кластеры серебра демонстрируют широкополосную люминесценцию во всем видимом и ближнем ИК диапазонах при возбуждении УФ излучением. Квантовый выход люминесценции при этом достигает 65%, что в 2 раза превышает зарубежные аналоги. 
 
Влияние температуры термообработки на люминесценцию кластеров серебра в ионообменных стеклах. Фото сделано при возбуждении ртутной лампой
 
Влияние длительности ионного обмена на люминесценцию кластеров серебра. Длительность ионного обмена увеличивается слева направо с 1 минуты до 21 часа. Фото сделано при возбуждении ртутной лампой
 
В настоящее время ведутся исследования по разработке люминофоров на основе ранее полученного материала, активированного также редкоземельными ионами. Известно, что редкоземельные ионы характеризуются слабыми и узкими полосами поглощения, что ограничивает их использование во многих отраслях. С другой стороны, известно, что кластеры серебра могут усиливать люминесценцию редкоземельных ионов за счет переноса энергии. Коллективом уже получены первые результаты на стеклах с европием, в которых люминесценция ионов Eu3+ возбуждается в широком диапазоне длин волн (260-425 нм), а интенсивность перехода 5D1→7F2 значительно превышает таковую в исходных стеклах. 
 
Фото образцов стекол с кластерами серебра, активированных различной концентрацией Eu2O3 (слева направо: 0, 0.1 и 0.5 % молярных), при возбуждении ртутной лампой
 
Кроме того, сегодня активно разрабатываются материалы для сенсорики на основе наночастиц серебра. Наночастицы, сформированные на поверхности стеклянной подложки, применяются для определения химических и биологических аналитов в сенсорах на основе поверхностного плазмонного резонанса и поверхностного усиления рамановского рассеяния. Такие сенсоры способны зафиксировать даже одиночную молекулу и чувствительны ко многим химическим и биологическим аналитам (например, глюкозе), и могут быть использованы при детектировании рака, болезней Альцгеймера и Паркинсона. Коллективом научного кластера “Современные ионообменные материалы” разработана простая и дешевая технология синтеза плазмонно-связанных наночастиц серебра на поверхности силикатных стекол, которые демонстрируют свойство поверхностного усиления рамановского рассеяния. 
 
Рамановский спектр капли водного раствора Родамина 6G с концентрацией 8*10-7 моль/л после высушивания на образце стекла с наночастицами серебра