Группа учёных из Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН (Новосибирск), Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), Института химической кинетики и горения имени В. В. Воеводского СО РАН (Новосибирск) и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) разработали новый люминесцентный материал на основе шестиядерного кластерного комплекса молибдена, демонстрирующий интенсивное свечение в видимом диапазоне под воздействием рентгеновских лучей. Новый материал не разрушается при нагреве, высокой влажности и в агрессивных средах, например, погружении в кислоты и щёлочи.
По словам учёных, материал может использоваться для преобразования рентгеновского излучения в видимый свет в медицинских томографах и аппаратах для досмотра багажа. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда (РНФ). Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Frontiers.
В медицинских томографах и системах безопасности используют сцинтилляторы, испускающие свет под воздействием ионизирующего излучения. Большинство из них — хрупкие неорганические кристаллы, требующие аккуратного обращения. Органические комплексы менее стабильны. Учёные ищут новые сцинтилляторы с высокой эффективностью, устойчивостью к влаге и химикатам, а также простотой изготовления.
Коллектив учёных из России предложил новый люминесцентный материал на основе неорганического кластерного комплекса молибдена. Взятый за основу комплекс представляет собой октаэдрический металлокластер молибдена, окружённый иодид-лигандами и цианид-лигандами. Иодид-лиганды и цианид-лиганды — это химические группы из иода или азота и углерода соответственно. Эти вещества испускают яркий красный свет при облучении ультрафиолетом или рентгеновским излучением, но теряют это свойство при высокой влажности, что ограничивает их применение.
Авторы исследования усилили свечение молибденсодержащих кластеров и повысили их стабильность за счёт связывания в устойчивое полимерное соединение через окружённые органическими лигандами катионы серебра.
Учёные протестировали свойства исходного и нового соединений при воздействии рентгеновских лучей. Взятый за основу кластер испускал крайне слабое свечение, а связывание кластеров через катионные комплексы серебра с органическими лигандами улучшило люминесцентные свойства материала в сто раз. Эффективность свечения гибридного полимерного соединения оказалась сопоставимой с коммерчески используемыми неорганическими сцинтилляторами. Также связанный в полимерную структуру кластер стал устойчив к кипячению, действию кислот и щелочей, а также длительному облучению мощным рентгеновским излучением.
Чтобы протестировать полученный сцинтиллятор на практике, специалисты факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова изготовили на основе нового материала тонкие рентгеновские экраны. Экраны испытали на лабораторных источниках рентгеновского излучения и модельных объектах. Это позволило получить рентгеновские изображения гибкой печатной платы и креветки с разрешением, сравнимым с коммерческими аналогами.
Как рассказал руководитель проекта, доктор химических наук, профессор РАН, директор ИНХ СО РАН Константин Брылев, исследователям удалось синтезировать материал, сочетающий одновременно высокую стабильность и яркое свечение, чего ранее не получалось добиться для соединений на основе ярко люминесцирующих кластерных комплексов молибдена.
Доктор химических наук отмечает, что новый материал открывает путь к созданию надёжных и долговечных датчиков ионизирующего излучения, сцинтилляторов для компьютерных томографов и других систем визуализации, где используются рентгеновские лучи, а предложенный комплекс можно синтезировать из доступных компонентов и при относительно низких температурах. Применение разработанных учёными материалов в составе рентгеновского визуализационного материала — это первый результат сотрудничества специалистов факультета наук о материалах МГУ и из ФИАН.
По мнению Брылева, результат может лечь в основу создания целого ряда высокостабильных люминесцентных материалов, которым найдется применение в российской промышленности.
Источник: habr.com