Исследователи Университета Сайтамы в Японии получили из отходного полиамида восемь вариантов углеродных квантовых точек и последовательно сдвинули их свечение от ультрафиолетового диапазона к жёлто-зелёному. 5 октября 2026 года об этой работе сообщил Phys.org. Исследование опубликовано онлайн в журнале Journal of Luminescence.

Один исходный материал, восемь вариантов свечения

Учёные использовали один вид сырья и меняли химический состав поверхности частиц. Для этого они окисляли материал и вводили функциональные группы с бором, азотом, серой и фосфором. Образцы получили с помощью сухого пиролиза, а также гидротермального или сольвотермального синтеза. Затем их изучили методами флуоресцентной, УФ-видимой и инфракрасной спектроскопии, а также с помощью анализа оптических переходов и цветовых характеристик.

Длина волны излучения изменилась с 308 до 552 нанометров. Это соответствует сдвигу от ультрафиолетовой области к жёлто-зелёному свету, а общий диапазон настройки составил 244 нанометра. Одновременно эффективная энергия оптического перехода снизилась с 4,32 до 2,50 электронвольта.

Химия поверхности повлияла и на эффективность свечения. Квантовый выход фотолюминесценции, то есть доля поглощённых фотонов, которые материал переизлучил, составил 62,74% у частиц с бором и кислородом. У варианта с серой и азотом он достиг 59,06%. Частицы с фосфором, серой и азотом излучали на самой длинной из исследованных волн, 552 нанометрах; чистота цвета составила 95,20%.

Авторы связывают изменение цвета с тем, что в свечении постепенно возрастает роль поверхностных дефектов и состояний, связанных с добавленными элементами. В начале сильнее проявляется вклад углеродного ядра, а после химической настройки поверхности она заметнее влияет на излучение. Представим музыкальный инструмент, у которого меняется тембр после настройки отдельных деталей. Эта аналогия передаёт общий принцип, но не описывает буквально строение квантовых точек.

Что измеряют предложенные индексы

Исследователи предложили два эмпирических показателя: Dindex, который описывает относительную энергетическую глубину излучающего состояния, и DSEI, учитывающий также взаимодействие электронов с колебаниями материала. Эти параметры помогают сравнивать, как химическая модификация связана с изменением свечения в серии образцов. Они не измеряют напрямую плотность или атомную структуру дефектов.

Результат пока относится к лабораторным образцам, а не к готовой технологии переработки пластика. Авторы указывают на необходимость повысить воспроизводимость синтеза, лучше изучить структуру и стабильность частиц и проверить возможность масштабирования. В доступном пересказе нет данных о непрерывном производстве, затратах, побочных продуктах и обращении с остатками после обработки.

Поэтому оптические датчики, светящиеся покрытия, дисплеи и другие световые устройства остаются возможными направлениями, а не результатами этой работы. При подготовке публикации о подобных исследованиях может пригодиться подготовка научной статьи.

Схема показывает связь между отходным полиамидом, изменением химии поверхности квантовых точек и сдвигом длины волны свечения от 308 до 552 нанометров.

Фото: Nancy Zjaba / Pexels