Российские ученые при участии исследователей НИТУ МИСИС предложили новый материал на основе нитрида бора и наночастиц оксида цинка с контролируемыми оптическими свойствами. Как отмечают авторы исследования, в будущем материал сможет найти применение как в оптоэлектронике, так и в медицине.

Работа выполнена в рамках программы «Приоритет 2030». Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials.

Благодаря своим антибактериальным и оптическим свойствам оксид цинка (ZnO) находит широкое применение в оптоэлектронике, медицинских препаратах и косметической продукции. Оксид цинка является полупроводником и может демонстрировать фотолюминесценцию (излучение света при его поглощении) как в ультрафиолетовом, так и в видимом диапазоне длин волн.

Длина волны излучения определяет область применения частиц оксида цинка. Излучение в ультрафиолетовой области, которое может повредить кожу, является нежелательным для косметических продуктов, тогда как в оптоэлектронных устройствах оно необходимо. Научившись контролировать фотолюминесцентные особенности ZnO, появится возможность создать универсальный материал, в котором оптические свойства можно настраивать в зависимости от применения.

Группа российских ученых научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» Университета науки и технологий МИСИС предложила метод контроля фотолюминесцентных свойств наночастиц ZnO путем их комбинирования с гексагональным нитридом бора (h-BN).

«Мы разработали метод получения гетероструктур ZnO и h-BN, который позволяет контролировать фотолюминесцентные свойства наночастиц оксида цинка путем изменения толщины частиц гексагонального нитрида бора. Наночастицы ZnO размером 3–5 нм мы высаживали на два типа частиц h-BN с разными толщинами. В результате исследований было установлено, что с увеличением толщины частиц нитрида бора усиливается фотолюминесценция наночастиц оксида цинка в ультрафиолетовом диапазоне. Это может быть связано с тем, что h-BN влияет на электронную структуру поверхности наночастиц ZnO, приводя к ее пассивации. Мы предполагаем, что степень пассивации может зависеть от толщины частиц h BN. Экспериментально наблюдаемое увеличение интенсивности пиков спектра фотолюминесценции в ультрафиолетовом диапазоне с ростом толщины h BN объясняется результатами расчетов с использованием теории функционала плотности, которые указывают на появление гибридизации на межфазной границе h BN и ZnO», — рассказал один из авторов исследования, сотрудник научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС Данил Барилюк.

Изображения, полученные при помощи сканирующей просвечивающей электронной микроскопии и распределение размеров наночастиц ZnO в гетероструктурах ZnO/h-BNnm (a, c) и ZnO/h-BNnm (b, d) / ©Пресс-служба НИТУ МИСИС

Изображения, полученные при помощи сканирующей просвечивающей электронной микроскопии образца ZnO/h-BNnm (а) с соответствующими картами элементов B, N, O и Zn (в), и изображение, полученное при помощи просвечивающей электронной микроскопии (б) образца ZnO/h-BNnm. Вставка в (б) показывает БПФ-картину (быстрое Фурье преобразование), полученную из выделенной области / ©Пресс-служба НИТУ МИСИС

Как отмечают исследователи, полученные результаты вносят вклад в понимание взаимодействия наночастиц оксида цинка с двумерными слоистыми материалами, что является важным для дальнейшей разработки универсальных гетероструктур для широкого спектра применений в промышленности: от фотокатализа до биомедицины.