Наноматериалы как термометры будущего: ученые КФУ предложили новый способ измерения температуры в микросистемах

Исследователи Казанского федерального университета (КФУ) разработали перспективный метод измерения температуры в микроскопических объектах — от транзисторов в микросхемах до живых клеток. Работа, опубликованная в научном журнале Solid State Communications, предлагает новый подход к люминесцентной термометрии на основе редкоземельных наночастиц CeF₃-YF₃-TbF₃.

Авторы статьи — Максим Пудовкин, Алексей Низамутдинов и Светлана Калиниченко — синтезировали нанолюминофоры, способные измерять температуру на уровне микроскопических элементов за счет анализа времени затухания их свечения. Размер частиц — около 19 нанометров, а диапазон рабочих температур — от 0 до 200 °C. Это открывает широкие возможности для использования в микроэлектронике, биомедицине, а также в космических технологиях и тераностике.

По словам старшего научного сотрудника Института физики КФУ Максима Пудовкина, метод основан на взаимодействии двух типов ионов — донора Ce³⁺ и акцептора Tb³⁺. При изменении температуры варьируется соотношение между электронными уровнями этих ионов, что влияет на спектральные и временные характеристики люминесценции. Это позволяет точно измерять температуру там, где обычные термометры — например, термопары или инфракрасные сенсоры — не работают.

Особое внимание ученые уделили температурной чувствительности и возможности управлять ею через состав наночастиц. За счет варьирования концентрации ионов Tb³⁺ можно регулировать вклад различных процессов — от межионной передачи энергии до кросс-релаксации, что позволяет тонко настраивать свойства материалов под конкретные задачи.

Кроме прямого применения в высокоточных датчиках, разработанные материалы потенциально могут использоваться в биовизуализации и фотодинамической терапии, особенно в сочетании с ионизирующим излучением.

В будущем исследователи КФУ планируют расширить работу: изучить поведение пары Ce³⁺–Tb³⁺ в новых кристаллических матрицах и разработать математическую модель, способную предсказывать поведение подобных систем. Это приближает науку к созданию интеллектуальных сенсоров нового поколения — сверхчувствительных, компактных и универсальных.

Источник: Минобрнауки РФ
Фото: КФУ