Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) достигли впечатляющего результата — создан инновационный люминофор на основе фосфата иттрия (YPO₄), способный на длительное свечение ультрафиолетовым светом с выраженным бактерицидным эффектом. Уникальность этого материала заключается в его способности выдавать ультрафиолетовое излучение на протяжении значительного времени после кратковременного рентгеновского облучения, что открывает дорогу абсолютно новым решениям для медицинской, технической и экологической сфер России и мира.
Новые горизонты люминесцентных материалов
Разработка команды УрФУ заслужила признание экспертного сообщества и поддержана Российским научным фондом, а среди руководителей инновационного проекта — такие ученые, как Юлия Алексеевна Кузнецова и Кирилл Александрович Некрасов. Научный коллектив получил образцы порошков и керамики фосфата иттрия, которые после рентгеновской “подзарядки” могут излучать ультрафиолет до сорока минут подряд. Для индустрии дезинфекции это не просто прорыв — это шаг к новым стандартам безопасности: аналогичные материалы, разработанные зарубежными учеными, демонстрируют свечение в ультрафиолете не более 15 минут, и при этом фокусируются преимущественно лишь на видимом диапазоне спектра.
Внедрение в медицину и технологии нового поколения
Свечение люминофора, полученного в УрФУ на базе фосфата иттрия, обладает рекордной длительностью и интенсивностью. Ключевая инновация заключается в высокой эффективности вещества: оно в 1,7 раза эффективнее по сравнению с традиционным ближним и средним ультрафиолетом, а его бактерицидное излучение уничтожает до 99,9% патогенных микробов. Такой результат делает возможным отказ от ртутных ламп — привычных, но уже устаревших источников УФ-излучения. Безопасность и экологичность новых люминофоров выводит технологию обеззараживания на принципиально иной уровень.
Кроме медицинского применения, материал перспективен для светодиодов, систем биологического контроля, камер наблюдения, а также приборов для стерилизации воды и воздуха. В области безопасности и защиты новейшие люминофоры могут быть применены для создания портативных устройств мониторинга зараженности, что особенно актуально в медицинских учреждениях, пищевой промышленности, на транспорте и в быту. Высокая прочность и стабильность материала обеспечивают долгий срок службы даже при интенсивной эксплуатации.
Научные вызовы и творческое решение
Работы по созданию люминофора не обходились без сложных научных задач. Доцент УрФУ, кандидат физико-математических наук Юлия Алексеевна Кузнецова отмечает: выбор химического состава, обеспечение прозрачности матрицы и активация ионами с нужным спектром излучения являлись ключевыми пунктами исследований. Основное вещество должно было быть светопроницаемо для широкого спектра, тогда как примесные ионы-активаторы обеспечивают ультрафиолетовую люминесценцию в дальнем диапазоне, необходимую для эффективного обеззараживания.
К тому же, важно было создать в кристаллической решетке дефекты определенного типа — это ловушки для носителей заряда, накапливающих энергию рентгеновского облучения и высвобождающих ее в виде длительного свечения уже после выключения источника. Такой тонкий контроль за структурой материала потребовал максимальной слаженности в коллективе и глубокого понимания как химии, так и физики процессов.
Молекулярное моделирование и анализ свойств
Старший научный сотрудник УрФУ Кирилл Александрович Некрасов рассказывает о еще одной сложной задаче — необходимости создания детализированной молекулярно-динамической модели фосфата иттрия. Особое внимание при моделировании уделялось комплексному совместному описанию ионного характера кристалла и особенностей химических связей между атомами, особенно между ионами фосфора и кислорода. Эти теоретические исследования позволили рассчитать оптимальное соотношение примесей и условия синтеза, что стало залогом уникальных свойств итогового материала.
Планы развития: к светящимся часами люминофорам
Инициативы Уральского федерального университета не ограничиваются достигнутыми результатами. В ближайшее время ученые намерены расширять взаимодействие с профильными медицинскими учреждениями, чтобы довести разработку до применения в лечебных практиках, системах стерилизации и эпидемиологической профилактики. Предстоит продолжить исследование структуры YPO₄, включая введение новых активаторных примесей, способных существенно продлить время ультрафиолетового свечения.
Следующий амбициозный шаг — создание материалов, удерживающих заряженное УФ-состояние не менее нескольких часов. Если этот рубеж будет взят, российская научная школа сможет обеспечить не имеющий аналогов в мире стандарт безопасности для обработки помещений, транспорта, рабочих и жилых зон.
Инновационные технологии во благо общества
Важность осуществляемых научных поисков поддерживается не только Российской научной фондовой системой, но и энтузиазмом талантливых исследователей УрФУ. Достижения Юлии Алексеевны Кузнецовой и Кирилла Александровича Некрасова — не только в прорыве в области физики твердых тел, но и в их реальном значении для здравоохранения и жизненной среды.
Благодаря высокой результативности и безопасности, новая технология может стать драйвером введения в эксплуатацию очищающих и обеззараживающих устройств по всей стране и за её пределами. Эти разработки, несомненно, способствуют укреплению позиций России среди мировых лидеров в области инновационных материалов. Коллектив УрФУ продолжает идти вперед, открывая светлое будущее с помощью своих уникальных люминофоров на основе фосфата иттрия — на благо науки, медицины и общества в целом.
