Фосфорный свет для наших улиц и регенерация на шёлке

Наука и жизньНаука

Лауреаты премии Правительства Москвы молодым учёным за 2023 год

Материалы подготовили Максим Абаев, Кирилл Стасевич и Татьяна Зимина

12 апреля начался приём заявок на соискание премии Правительства Москвы молодым учёным за 2024 год. В этом году, как и в прошлом, премию присуждают в 22 номинациях, в которых отражаются все современные тенденции науки — и в области исследований, и в области разработок.

Как рассказали редакции в Департаменте образования и науки города Москвы, средний возраст претендентов — около 32 лет (максимально возможный для докторов наук — 40 лет и для всех остальных — 36 лет). Премии среди прочих регулярно удостаиваются аспиранты и студенты, работающие в составе научных коллективов.

Популярность премии постоянно растёт: например, в 2021 году было подано 1083 заявки, в 2022 году — 1123, а в 2023-м уже 1292. Сейчас в Российской Федерации проходит Десятилетие науки и технологий, и организаторы конкурса полагают, что и в этом году число заявок превысит прошлогоднее.

Последние три года наибольший интерес участников конкурса на соискание премии Правительства Москвы молодым учёным вызывают номинации «Медицинские науки» и «Химия и науки о материалах». По этим номинациям подаётся около 25% от общего числа заявок, что отражает актуальность данных направлений в российской и мировой науке и востребованность результатов исследований и разработок.

Работы обладателей премии очень сильные и находятся в авангарде со- временной науки. об этом говорит большое количество публикаций в ведущих научных журналах. Кроме того, многие из разработок лауреатов внедряются на предприятиях реального сектора экономики Москвы и России. о высоком качестве работ победителей конкурса свидетельствует также присуждение этим исследователям премий Президента РФ в области науки и инноваций для молодых учёных и премий Правительства Российской Федерации в области науки и техники для молодых учёных.

Если кто-то не удостоился премии Правительства Москвы молодым учёным с первого раза, он имеет возможность подать заявку на конкурс ещё раз — ограничений по числу попыток нет. и бывают случаи, когда при повторной подаче заявки соискатель становится лауреатом.

В 2024 году заявки на участие в конкурсе принимаются до 19 июля. Подавать их можно на странице премии https://nauka.mos.ru.

В апрельском номере журнала мы рассказали о работах нескольких лауреатов 2023 года (см. «наука и жизнь» № 4, 2024 г.). Представляем ещё три исследования, удостоенные премии Правительства Москвы молодым учёным.

Фосфорный свет для наших улиц

Фосфор назвали фосфором за его способность светиться в темноте. Ещё за полторы с лишним тысячи лет до его открытия как химического элемента «светящееся» имя Фосфор носила утренняя звезда (планета Венера) — так её называли древние греки. В наши дни фосфор продолжает свой светлый путь в самых современных источниках света — белых светодиодах. Хотя, по правде говоря, и фосфор там не в чистом виде, да и белые светодиоды на самом деле не совсем белые.

Дело в том, что настоящих белых светодиодов не бывает, по крайней мере, пока. Есть красные, зелёные, синие светодиоды, даже светящие ультрафиолетом. Если же от светодиодов требуется белый свет, то мы должны каким-то образом смешать эти цвета, чтобы наш глаз воспринял получившуюся смесь электромагнитных волн как белый свет солнца. Сделать это можно с помощью трёх светодиодов разного цвета, которые в сумме дадут белый свет, — по такому принципу сейчас функционируют OLED-дисплеи современных смартфонов. Способ вполне рабочий, но в некоторых случаях явно избыточный: если вам нужен только яркий белый свет, а не возможность показывать разноцветные картинки, то освещать темноту фактически кусочком высокотехнологичного экрана — удовольствие не из дешёвых.

Поэтому идут на хитрость: берут один светодиод, синий, а дальше из него «делают» белый свет. Или почти белый. В качестве синего светодиода в большинстве случаев сейчас трудится полупроводниковая гетероструктура на основе нитридов индия и галлия (InGaN), излучающая свет длиной 465 нанометров. Кстати, за изобретение синего светодиода трое учёных Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура в 2014 году получили Нобелевскую премию по физике — настолько это открытие изменило нашу жизнь. Вся же «химия» белого света находится в люминофорном слое, покрывающем светодиод.

Варианты люминофор-конвертируемых светодиодов белого света: 1 — синий светодиод + жёлтый люминофор; 2 — синий светодиод + зелёный/красный люминофоры; 3 — УФ светодиод + синий/зелёный/ красный люминофоры.

Если взять обычный светодиодный фонарик или лампочку и присмотреться к самому светодиоду, то можно заметить, что он покрыт составом желтоватого цвета. Это люминофор — вещество, которое при освещении светом одного цвета может светиться светом другого цвета. Например, при освещении синим светом — светиться жёлтым. Если сквозь слой люминофора пропустить синий свет, то часть его станет жёлтым, а вместе с прошедшим синим в сумме получится свет, воспринимаемый нами как белый. От свойств и толщины люминофорного покрытия зависит то, какой в итоге свет получится. Одни лампы светят холодным светом, уходящим в «синеву», другие — нейтральным и приятным для глаза тёплым «белым». Чтобы как-то стандартизировать «светодиодный белый», используют такие параметры, как цветовая температура и индекс цветопередачи. Если первый показывает, «тёплый» свет или «холодный», то второй — насколько будет отличаться цвет, например, зелёного и красного яблок, освещаемых светодиодной лампочкой и солнечным светом.

Помимо того, что нам хотелось бы получать белый свет хорошего качества, максимально похожий на солнечный, люминофорное покрытие должно быть устойчивым и долговечным. Мощные светодиоды весьма сильно греются, а люминофор находится в самой горячей зоне — непосредственно над излучающим свет и греющимся кристаллом. Со временем люминофор деградирует и начинает хуже переизлучать свет, в результате чего не только тускнеет свет светодиодной лампы, но и меняются его цветовые характеристики. Это будет особенно заметно, если расположить рядом новую и уже повидавшую жизнь лампочки. Над тем, чтобы продлить срок жизни светодиодной лампочке, сэкономить электроэнергию и помочь нашим глазам, работает не один коллектив учёных по всему миру — несмотря на то, что светодиоды окружают нас со всех сторон, в них есть ещё много чего, что можно улучшить. И здесь из тени в свет снова выходит фосфор.

Коллектив исследователей с химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова под руководством кандидата химических наук Дины Дейнеко уже не первый год занимается разработкой новых люминофорных материалов на основе фосфата кальция. Сам по себе фосфат кальция нельзя назвать каким-то уникальным веществом. Он входит в состав различных минералов, из него состоят эмаль зубов и костная ткань, его используют в качестве минерального удобрения для растений. Благодаря химической и термической устойчивости кристаллических фосфатов, на них также смотрят как на потенциальный материал для долговечных светодиодов. Но если нанести фосфат кальция на синий светодиод, то… ничего не произойдёт, поскольку это вещество относительно прозрачно для синего или ультрафиолетового излучения. Чтобы заставить фосфат светиться и превратить его в люминофор, в его кристаллическую структуру нужно внедрить активатор. В роли таких «включателей» люминесценции обычно выступают ионы редкоземельных элементов. Строение электронных оболочек этих элементов позволяет им под действием синего или ультрафиолетового света переходить в возбуждённое состояние, а затем «успокаиваться» — возвращаться в основное состояние, излучая при этом свет более «тёплой» длины волны. Так, очень упрощённо, устроен процесс люминесценции.

«Зажигать» фосфат сейчас в основном пытаются с помощью лантаноидов — элементов из «подвала» таблицы Менделеева. Теоретически на роль активаторов подойдут и более тяжёлые актиноиды, их электронная структура это позволяет, но они радиоактивны и светить такая лампочка будет уже совсем нездоровым светом. Лантаноиды же, вроде диспрозия, самария, европия, гольмия и других элементов, и радиоактивности не проявляют, и в качестве активаторов люминесценции хорошо работают. Получается, что у нас есть «домики» для активаторов — кристаллы фосфата кальция, есть сами активаторы — лантаноиды, остаётся только смешать первых со вторыми, а получившееся вещество намазать тонким слоем на светодиод — и всё готово?

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Потепление на полтора градуса пойдет на пользу сибирской тайге Потепление на полтора градуса пойдет на пользу сибирской тайге

Как повлияет потепление климата на амазонские леса и сибирскую тайгу?

N+1
Австралийский орех макадамия Австралийский орех макадамия

Макадамия: что мы знаем об этом удивительном орехе?

Наука и жизнь
Я работаю мамой Я работаю мамой

Валентина Красникова, мама 17 детей, о семье и хобби

Лиза
Ветроэнергетика: освоение новых территорий Ветроэнергетика: освоение новых территорий

Что произошло с ветроэнергетикой за последнее десятилетие?

Наука и жизнь
Молодежь рвется наверх Молодежь рвется наверх

Молодежь выбирает стабильную карьеру вместо быстрых, но временных заработков

Ведомости
На таких пахать надо На таких пахать надо

Как в 1950-х молодежь ездила пахать и сеять в степях Казахстана

Автопилот
«Река горит!» Как необычный пожар изменил отношение Америки к экологии «Река горит!» Как необычный пожар изменил отношение Америки к экологии

Река Куяхога: пожар, переключивший сознание целой нации

ТехИнсайдер
Как Йоко Оно вписала свое имя в историю, несмотря на ненависть фанатов The Beatles Как Йоко Оно вписала свое имя в историю, несмотря на ненависть фанатов The Beatles

Творческий путь Йоко Оно и ее знаковые работы

Forbes
Над всей Испанией безоблачное небо Над всей Испанией безоблачное небо

Как восемь гигаватт «погасили» электрическую сеть Пиренейского полуострова

Монокль
На российских авиалиниях растет доля пассажиров без багажа На российских авиалиниях растет доля пассажиров без багажа

Все больше пассажиров российских авиакомпаний выбирают перелеты без багажа

Inc.
«Зона комфорта — это плохо»: большое интервью со Словетским «Зона комфорта — это плохо»: большое интервью со Словетским

Валентин Словетский — классик русского рэпа. Поговорили с ним о новом альбоме

Правила жизни
«В балете у меня часто бывают мучения» «В балете у меня часто бывают мучения»

Композитор Илья Демуцкий о музыке со словами и без и о работе по таблицам

Weekend
Режиссер Леонид Хейфец. Откровенно о Дорониной, Миронове и Борисове Режиссер Леонид Хейфец. Откровенно о Дорониной, Миронове и Борисове

Когда Ефремов пригласил меня, МХАТ как раз «пилился»

Коллекция. Караван историй
Стресс в наследство Стресс в наследство

Как на ребенка влияет стресс матери во время беременности?

Здоровье
Магдала Магдала

Место паломничества археологов: Магдала – город, упоминаемый в Евангелии

Знание – сила
«Почему мы помним. Как раскрыть способность памяти удерживать важное» «Почему мы помним. Как раскрыть способность памяти удерживать важное»

Как гиппокамп участвует в работе памяти

N+1
Великая Отечественная промышленность Великая Отечественная промышленность

Как СССР превзошел Германию в промышленности во время войны

Ведомости
Как научить учиться Как научить учиться

Плохие оценки в школе: ищем ошибки в методе обучения, а не в ребенке

Здоровье
Среда для жизни Среда для жизни

Рука об руку: как благоустроить общественные пространства вместе с жителями?

Ведомости
Дачное преображение Дачное преображение

Как можно преобразить дачное пространство своими руками

Здоровье
Ученые обнаружили древнего хищника с тремя глазами и зубастым ртом! Он жил 506 млн лет назад Ученые обнаружили древнего хищника с тремя глазами и зубастым ртом! Он жил 506 млн лет назад

В Берджесс нашли окаменелость необычного существа, жившего 506 млн лет назад

ТехИнсайдер
Цена труда Цена труда

Как меняется уровень заработной платы и производительности труда в России?

Ведомости
«Путеводитель по Средневековью: Мир глазами ученых, шпионов, купцов и паломников» «Путеводитель по Средневековью: Мир глазами ученых, шпионов, купцов и паломников»

Каково было совершать паломничество на борту галеи

N+1
Зеленые защитники Зеленые защитники

Cамые благоприятные комнатные растения по знаку зодиака

Лиза
Дело в Омане Дело в Омане

Из-за чего интерес российских инвесторов смещается в сторону Омана от ОАЭ

Ведомости
Янская стоянка. Палеолитический человек за полярным кругом Янская стоянка. Палеолитический человек за полярным кругом

Янская стоянка — самые северные следы Homo sapiens в Арктике

Наука и техника
О любви и Дягилеве О любви и Дягилеве

Красота, грация, любовь — что вы увидите в Денисе Родькине и Элеоноре Севенард

Moodboard
Сага мужества и стойкости Сага мужества и стойкости

Четыре года схваток сплотили союзников сильнее, чем дипломатические трактаты

Монокль
От Тегерана до Потсдама: большая дипломатия в конце Второй мировой войны От Тегерана до Потсдама: большая дипломатия в конце Второй мировой войны

Как Сталин, Рузвельт и Черчилль преодолевали взаимное недоверие

Монокль
Открыть в приложении