Исследования наночастиц, способных излучать свет, таких как квантовые точки, были активной областью интереса в течение последних полутора десятилетий. Эти частицы или люминофоры представляют собой наночастицы, изготовленные из различных материалов, которые способны излучать свет на определенных длинах волн за счет использования квантово-механических свойств материалов.
Это обеспечивает новые способы разработки решений для освещения и отображения, а также более точное обнаружение и зондирование в приборах.
По мере того, как технология становится все меньше и сложнее, использование флуоресцентных наночастиц во многих приложениях резко возросло благодаря чистоте цветов, излучаемых точками, а также их возможности настройки для достижения желаемых оптических свойств.
Углеродные точки, тип флуоресцентных наночастиц, вызывают повышенный интерес исследователей в качестве кандидата на замену неуглеродных точек, для создания которых требуются тяжелые металлы, токсичные для окружающей среды.
Поскольку они состоят в основном из углерода, низкая токсичность является чрезвычайно привлекательным качеством в сочетании с возможностью настройки присущих им оптических свойств.
Еще одна поразительная особенность углеродных точек – это их способность излучать свет разных длин волн от одной наночастицы.
Это многоволновое излучение может быть стимулировано одним источником возбуждения, что позволяет просто и надежно генерировать белый свет от одной частицы за счет одновременного излучения нескольких длин волн.
Углеродные точки также демонстрируют фотолюминесценцию, зависящую от концентрации. Другими словами, расстояние между отдельными углеродными точками влияет на свет, который углеродные точки впоследствии излучают под источником возбуждения. Эти комбинированные свойства делают угольные точки уникальным источником, который обеспечивает чрезвычайно точное обнаружение и зондирование.
Однако эта зависимость от концентрации не была полностью понята. Чтобы полностью использовать возможности углеродных точек, сначала необходимо раскрыть механизмы, которые управляют, казалось бы, изменяющимися оптическими свойствами.
Ранее предполагалось, что зависимость углеродных точек от концентрации обусловлена эффектом водородных связей.
Теперь исследовательская группа KAIST во главе с профессором До Хён Ким из Департамента химической и биомолекулярной инженерии постулировала и продемонстрировала, что двухцветное излучение вместо этого связано с межчастичными расстояниями между каждой углеродной точкой. Это исследование было размещено в Интернете в июне 2020 г. перед окончательной публикацией в 36-м выпуске журнала Physical Chemistry Chemical Physics 28 сентября 2020 г.
Первый автор статьи, кандидат наук Хё Чжон Ю, вместе с профессором Ким и исследователем Бён Ын Кваком, исследовали, как изменяется относительная интенсивность света красного и синего цветов при изменении расстояния между частицами или концентрации углеродных точек.
Они обнаружили, что при регулировке концентрации свет, излучаемый углеродными точками, преобразует. Изменяя концентрацию, команда смогла контролировать относительную интенсивность цветов, а также излучать их одновременно, чтобы генерировать белый свет из одного источника.
«Концентрационная зависимость фотолюминесценции углеродных точек от изменения источников излучения для различных расстояний между частицами не учитывалась в предыдущих исследованиях. «Проведя анализ явления двухцветного излучения углеродных точек, мы считаем, что этот результат может открыть новые перспективы для исследования механизма их фотолюминесценции», – пояснил Ю.
Недавно проанализированная способность управлять фотолюминесценцией углеродных точек, вероятно, будет активно использоваться в продолжающемся развитии приложений твердотельного освещения и датчиков.