КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-79-10018
НазваниеРазработка нового поколения бесконтактных ратиометрических нанотермометров на основе оксидных люминесцентных частиц, активированных ионами редкоземельных металлов
Руководитель Колесников Илья Евгеньевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург
Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-206 - Нано- и мембранные технологии
Ключевые слова наносенсоры, оптическая термометрия, люминесценция, редкоземельные ионы, оксиды металлов, тепловая чувствительность, температурное разрешение, температурно-несвязанные уровни
Код ГРНТИ29.31.23
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Температура является важнейшим параметром, играющим огромную роль в биологических процессах на клеточном уровне, а также влияющим на физические, химические и функциональные свойства большинства наноматериалов. В связи с растущей тенденцией к миниатюризации электронных устройств и к детальному изучению биологических объектов, в которых невозможно контактное измерение температуры с помощью обычного термометра (биологическая клетка, микро- и наноразмерные элементы электрических цепей), актуальной становится разработка бесконтактных температурных сенсоров с субмикронным пространственным разрешением. Наиболее перспективными бесконтактными термометрами являются оптические сенсоры, основанные на температурно-индуцированном изменении люминесцентных свойств. Люминесцентные термометры, позволяющие применить ратиометрический подход к измерению температуры (анализ соотношения интенсивностей полос люминесценции), открывают возможности проведения бесконтактного трехмерного измерения локальной температуры с быстрым считыванием сигнала. Подавляющее большинство известных на данный момент ратиометрических термометров основано на использовании температурно-связанных уровней, которые накладывают фундаментальное ограничение на значение тепловой чувствительности. В рамках данного проекта будут созданы ратиометрические люминесцентные сенсоры нового поколения, использующие температурно-несвязанные уровни для определения температуры, что позволит преодолеть существующее фундаментальное ограничение. В ходе выполнения проекта будут разработаны три подхода к ратиометрическому измерению температуры сенсорами с температурно-несвязанными уровнями за счет использования процессов передачи энергии между различными типами редкоземельных ионов, разных механизмов возбуждения люминесценции редкоземельных ионов и температурного тушения люминесценции центров разной природы. Для реализации предложенных подходов будут созданы три типа ратиометрических нанотермометров: 1) оксидные наночастицы, содержащие два типа ионов редкоземельных металлов; 2) оксидные наночастицы, легированные одним типом ионов редкоземельных металлов, имеющие различные способы возбуждения люминесценции; 3) оксидные наночастицы, легированные одним типом редкоземельных ионов, матрица основы которых обладает собственной люминесценцией. Для всех синтезированных соединений будут проведены комплексные исследования физико-химических (фазовый состав, размер и морфология частиц, фононный спектр) и функциональных (люминесценция, термометрия) свойств. Люминесцентные свойства будут измерены в широком температурном диапазоне (примерно 77–800 K), включающем низкотемпературный, биологический и технологический интервалы, для создания температурных калибровок и расчета термометрических характеристик, включая тепловую чувствительность и разрешение. Будет изучено влияние концентрации легирующих ионов, среднего размера области когерентного рассеяния, а также процесса переноса энергии на люминесцентные свойства и термометрические характеристики синтезированных образцов. В ходе проекта с помощью разработанных нанотермометров будет определена температура микроэлектронных компонентов на печатной плате и объектов в биологической среде. Конечным результатом проекта станет сравнительный анализ и определение наиболее перспективного подхода к созданию ратиометрических тепловых сенсоров, основанных на соотношении интенсивностей люминесценции с температурно-несвязанных уровней.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ