Химики создали самые яркие флуоресцентные материалы в истории

Химики из Университета Индианы и Копенгагенского университета заявили, что смогли превратить положительно заряженные флуоресцентные красители в новый класс материалов, называемых низкомолекулярными ионно-изоляционными решетками (SMILES), яркое свечение которых можно плавно перевести в твердое кристаллическое состояние. Этот прогресс преодолевает давний барьер на пути развития флуоресцентных твердых тел, в результате чего появляются самые яркие из известных материалов.

«Эти материалы имеют потенциальное применение в любой технологии, которая требует яркой флуоресценции или требует разработки оптических свойств, включая сбор солнечной энергии , биоизображение и лазеры», - говорит Амар Флад, химик из Университета Индианы и соавтор исследования, проведенного вместе с Бо Лаурсеном из Копенгагенского университета. «Помимо этого, есть интересные приложения, которые включают преобразование света с повышением частоты для захвата большей части солнечного спектра в солнечных элементах, материалы с переключаемым светом, используемые для хранения информации и фотохромное стекло, и люминесценцию с круговой поляризацией, которая может использоваться в технологии трехмерного отображения».

Хотя в настоящее время доступно более 100 000 различных флуоресцентных красителей, почти ни один из них не может быть смешан и согласован предсказуемыми способами для создания твердых оптических материалов. Красители имеют тенденцию к «гашению», когда они переходят в твердое состояние из-за того, как они ведут себя, когда они упакованы близко друг к другу, уменьшая интенсивность их флуоресценции, чтобы произвести более приглушенное свечение.

«Проблема закалки и взаимодействия красителей возникает, когда красители встают плечом к плечу внутри твердых тел», - говорит Флад. «Они не могут не «касаться» друг друга. Как маленькие дети, сидящие во время рассказа, они мешают друг другу и перестают вести себя как личности».

Чтобы решить эту проблему, Флад и его коллеги смешали цветной краситель с бесцветным раствором cyanostar, звездообразной молекулой макроцикла, которая предотвращает взаимодействие флуоресцентных молекул по мере затвердевания смеси, сохраняя их оптические свойства нетронутыми. Когда смесь стала твердой, образовались SMILES, которые исследователи затем превратили в кристаллы, осаждали в сухие порошки и, наконец, превратились в тонкую пленку или включили непосредственно в полимеры. Поскольку макроциклы cyanostar образуют строительные блоки, которые образуют решетчатую шахматную доску, исследователи смогли просто вставить краситель в решетку, и без каких-либо дополнительных настроек структура приобрела свой цвет и внешний вид.

В то время как предыдущие исследования уже разработали подход к разделению красителей с использованием молекул макроциклов, для выполнения этой работы использовались цветные макроциклы. Флад и его коллеги обнаружили ключевую роль бесцветных макроциклов.

«Некоторые люди думают, что бесцветные макроциклы непривлекательны, но они позволили изоляционной решетке полностью выразить яркую флуоресценцию красителей, не обремененную цветами макроциклов», - говорит Флад.

Теперь исследователи планируют изучить свойства флуоресцентных материалов, сформированных с использованием этой новой техники, что позволит им в будущем работать с производителями красителей, чтобы реализовать весь потенциал материалов в различных областях применения, пишет phys.org.

«Эти материалы совершенно новые, поэтому мы не знаем, какие из их врожденных свойств действительно обеспечат превосходную функциональность», - говорит Флад. «Мы также не знаем пределов материалов. Итак, мы разработаем фундаментальное понимание того, как они работают, предоставив надежный набор правил проектирования для создания новых свойств. Это очень важно для передачи этих материалов в руки других - мы хотят заниматься краудсорсингом и работать с другими в этом направлении».