Опасности УФ-излучения побудили ученых искать универсальные материалы, которые блокируют УФ-излучение и могут выдерживать длительное воздействие радиации, не разваливаясь. Теперь группа исследователей в Китае разработала новый метод создания прозрачных материалов на основе стекла с УФ-поглощающей способностью и длительным сроком службы.
Команда продемонстрировала, что новое стекло эффективно защищает живые клетки и органические красители, и полагает, что его также можно разработать как прозрачный экран для защиты электроники в космосе. Они описывают свои результаты в Optical Materials Express, журнале Оптического общества.
Исследователи использовали оксид металла – оксид церия (IV) (CeO2), известный своей способностью поглощать УФ-фотоны, для создания композитного УФ-поглотителя на основе стекла.
Другими ключевыми особенностями конечного композитного материала являются оптическая прозрачность стекла и способность материала подавлять разделение фотогенерируемых электронов и дырок.
Последняя функция замедляет индуцированную светом реакцию, которая может привести к окончательному разрушению материала при длительном воздействии УФ-излучения.
Метод, разработанный командой, основан на самоограниченной нанокристаллизации стекла.
«Самоограниченная нанокристаллизация стекла может быть достигнута за счет использования преимуществ жесткой среды твердотельной матрицы, а не обычного раствора и условий пара для модуляции кинетики ионной миграции», – пояснил Шифэн Чжоу, Школа материаловедения и инженерии. , Южно-Китайский технологический университет, Гуанчжоу, Китай. «Это позволяет нам создавать стеклокерамику с наноструктурой CeO2: фтор (F)."
Вязкая стеклянная матрица создает значительные ограничения для диффузии оксидов (O2-) и ионов F-, поэтому группа постепенно травит трифторцерий (CeF3) ионами O2- в оксидной матрице до тех пор, пока не будет образован CeO2, легированный фтором, контролируемым образом.
Важно отметить, что эта технология также обычно используется для приготовления других поглотителей УФ-излучения, таких как оксид цинка (ZnO) и оксид титана (TiO2).
«Эта работа устанавливает эффективный подход к функционализации стекла», – сказал Чжоу. "И это позволило нам продемонстрировать конструкцию нового УФ-поглотителя на основе стекла."
Инновационный подход группы к изготовлению поглотителя УФ-излучения имеет важное значение «для создания новых стеклянных материалов с новыми функциями с помощью инженерии микроструктуры», – добавил он.
Среди ключевых открытий группы было обнаружение того, что самоограниченная нанокристаллизация стекла действительно является эффективным способом его функционализации. Специальное стекло, которое они создали, подавляет фотокаталитическую и каталитическую активность, обладая при этом чрезвычайно высокой способностью поглощать УФ-лучи.
«Наше стекло демонстрирует отличное оптическое качество, и его можно легко изготавливать как в объемном виде, так и в виде пленки», – сказал Чжоу. «Он эффективно защищает органические красители и живые клетки от повреждения УФ-излучением."
Потенциальные применения для работы группы включают радиационную стойкость электронных устройств, служащих биологическим щитом, а также сохранение культурных артефактов и реликвий.
«В космосе высокоэнергетическая радиационная среда, с которой сталкивается электронное оборудование на борту космического корабля, может быть весьма разрушительной», – отметил Чжоу. «К счастью, в будущем, если вы нанесете на поверхность упаковки радиационно-блокирующее покрытие – прозрачный стеклянный / полимерный материал – устройство будет хорошо защищено, а срок его службы может быть продлен."
С точки зрения применения в качестве биологической защиты и для сохранения культурных артефактов и реликвий, специальное стекло может «защищать клетки от повреждений, вызванных ультрафиолетом», – добавил он.
В дальнейшем группа планирует сосредоточить свои усилия на разработке других новых и эффективных поглотителей ультрафиолетового излучения на основе стекла с использованием метода самоограничивающейся нанокристаллизации.
«Мы изучим способы крупномасштабного производства пленки этого типа, что чрезвычайно важно для практического применения», – сказал Чжоу. «Наша группа также продолжит изучение функционализации стекла на основе инженерии его микроструктуры, поскольку мы считаем, что это фундаментальное исследование может иметь большое значение для стекольной промышленности."