Исследователи представили светящиеся соединения, способные измерять температуру микромира без контакта. Новые комплексы европия и тербия работают в широчайшем диапазоне – от -196°C до 126°C. Это открывает перспективы в медицине (контроль температуры клеток при диагностике) и микроэлектронике (мониторинг перегрева микросхем). Один из комплексов продемонстрировал уникальную чувствительность и стабильность, превосходя существующие аналоги. Работа, поддержанная Российским научным фондом (РНФ), опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry C.
Вызов микромира и люминесцентное решение
Традиционные термометры бессильны при измерении температуры живых клеток или элементов микросхем. Метод люминесцентной термометрии решает эту проблему, оценивая градусы по изменению свечения материалов под воздействием температуры. Основу таких датчиков составляют светящиеся комплексы редкоземельных металлов, таких как европий и тербий, чье излучение меняется даже на доли градуса.
Роль структуры комплексов
Ученые поняли: ключ к оптимальному датчику кроется в органическом лиганде и выбранном ионе металла, определяющих яркость и цвет свечения, а значит, и свойства сенсора.
Синтез и свойства новых светящихся термометров
Совместная команда Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), НИУ ВШЭ и МГУ синтезировала два новых комплекса на основе ионов европия (Eu³⁺) и тербия (Tb³⁺), связанных с углеродными циклами. Структуры идентичны по составу, но отличаются взаимным расположением атомов.
Как работает температура
При охлаждении до -196°C и облучении УФ оба материала светились зеленым (излучение Tb³⁺). Нагрев вызывал перенос энергии с тербия на европий, и свечение становилось красным (Eu³⁺). Яркость свечения зависела именно от температуры, делая материалы идеальными бесконтактными термометрами.
Рекордная чувствительность: ключевое открытие
Даже минимальное изменение в строении молекулы (сдвиг одного атома) радикально влияло на свойства! У одного соединения диапазон рабочих температур сместился, а чувствительность возросла на 40%. Это объясняется тем, как молекулярная укладка изменяет взаимодействия металлических ионов с окружением, ключевые для переноса энергии и характеристик люминесценции.
Новая метрика и абсолютный рекорд
"Для объективной оценки мы ввели новый универсальный параметр — Sensitivity-Range Integral (SRI, интегральная чувствительность), — объясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Илья Тайдаков, д.х.н., зав. лабораторией ФИАН. — Он учитывает и максимальную чувствительность, и диапазон стабильности свойств. Это позволяет прямо сравнивать разные люминесцентные термометры. Расчеты дали значения SRI в 970% и 734%. Наша разработка с рекордным SRI=970% превзошла все известные молекулярные термометры!"
Источник: indicator.ru
