ولدت ألمع مادة الفلورسنت في التاريخ

الأصباغ الفلورية هي مركبات عضوية تمتص الضوء بطول موجي معين وتصدر ضوءًا بطول موجي آخر. إنهم يلعبون دورًا مهمًا في مجالات العلامات الحيوية وتكنولوجيا الطاقة الشمسية. تنبعث الأصباغ الفلورية التقليدية الضوء في حالة سائلة، ولكن عندما يتم تحويلها إلى مواد صلبة، بسبب التفاعل بين جزيئات الفلورسنت، لا يمكن لأي صبغة تقريبًا الحفاظ على أداء التألق الأصلي الممتاز، مما يحد من تطبيقها وتحويلها.

وقد توصل فريق بحثي بقيادة البروفيسور فلود من جامعة إنديانا والبروفيسور لورسن من جامعة كوبنهاجن في الدنمارك إلى حل لهذه المشكلة التي ابتليت بها العلماء لمدة 150 عامًا. عن طريق خلط صبغة الفلورسنت مع محلول عديم اللون يحتوي على مركب حلقي كبير-النجم الأزرق، فإنه يتصلب ليشكل شبكة عزل أيون جزيء صغير (SMILES) لمنع التفاعل بين جزيئات الفلورسنت، والتي تجمع بشكل مثالي بين الخصائص البصرية للصبغة، ويتم إعادة إنتاج الخصائص في المواد الصلبة، مما يخلق ألمع مادة الفلورسنت من أي وقت مضى.

يعد الفلورسنت مهمًا جدًا للعديد من التقنيات في المجال البصري (مثل OLED). يتم تحضير عدد كبير من المواد الفلورية عن طريق خلط ومطابقة الوحدات الهيكلية الأيونية للتحكم في الخصائص البصرية، بما في ذلك بيروفسكايت هاليد الرصاص الثوري. من السهل أيضًا رؤية التألق في العديد من جزيئات الصبغة، والتي تظهر تألقًا ساطعًا في المحاليل المخففة.

على الرغم من أن أكثر من 100،000 من المعروف أن الأصباغ الفلورية موجودة، ولا يوجد تقريبًا أي صبغة يمكنها مطابقة المواد المضيئة وتصميمها بطريقة يمكن التنبؤ بها. وتكون جزيئات المواد الصلبة المحولة منها مرتبة بشكل وثيق وتتداخل مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى إخماد الفلورسنت والإلكترونات. مشكلة اقتران. علاوة على ذلك، فإن لون الصبغة سيتغير بعد تحولها إلى الحالة الصلبة، كما ستنخفض الكفاءة الكمومية.

لتحويل أصباغ الفلورسنت عالية الأداء إلى مواد فلورسنت صلبة ذات خصائص بصرية ممتازة، يعد تجنب الاقتران وتبريد الانبعاثات هو المفتاح. في العمل السابق، تعتمد العديد من الاستراتيجيات للتحايل على التبريد على العزلة المكانية للفلوروفور. يستخدم العلماء الأصباغ الكاتيونية والأنيونات الكبيرة للتجميع المشترك (التجميع المشترك)، على الرغم من إمكانية تكرار الخصائص البصرية، إلا أنهم لا يستطيعون تحقيق الغرض من تصميم المواد وفقًا للاحتياجات.

ولحل هذه المشكلة، استخدم فريق البحث المكون من البروفيسور فلود والبروفيسور لورسن جزيءًا حلقيًا يسمى cyanostar لفصل الشحنات الموجبة جزيئات الصبغة الفلورية وأنيوناتها المضادة. تشبه جزيئات النجم الأزرق مثل الكعك، حيث يتم تغليف الأنيون المضاد في المسام المجوفة، وتقع الصبغة الكاتيونية في الخارج. استخدم الباحثون مجموعة متنوعة من الأصباغ التجارية للتحقق من قابلية التطبيق الشامل لمادة SMILES، ووجدوا أن خصائص cyanostar تمكنه من استيعاب أي صبغة كاتيونية تقريبًا وتكرار خصائص الانارة الأصلية بشكل مثالي. على الرغم من أن الأبحاث السابقة قد طورت طريقة لاستخدام الجزيئات الحلقية كبيرة الحجم لفصل الأصباغ، إلا أنها تعتمد على حلقات حلقية كبيرة ملونة لإكمال هذا العمل، ولا يمكن إعادة إنتاج الخصائص البصرية للأصباغ السائلة بشكل مثالي. في عمل البروفيسور فلود والبروفيسور لورسن، يتمثل الابتكار في أن تبلور المادة ينتج في الوقت نفسه العزلة المكانية والإلكترونية للفلوروفور، ويجعل من الممكن استخدام الأصباغ الكاتيونية لتصميم وفهم واكتشاف المواد البصرية المتقدمة بشكل عقلاني، وبالتالي التخطيط بسلاسة من الجزيئات إلى استهداف الخصائص البصرية للمادة.

مواد SMILES هي النوع الأول من المواد البصرية 'التوصيل والتشغيل' المكونة من أصباغ الفلورسنت. يمكن استخدام الأصباغ مباشرة في مواد SMILES دون تحسين أو تعديل. وقال البروفيسور فلود: 'يمكننا الآن تصنيع المزيد من هذه المادة البصرية المتقدمة من خلال التصميم بدلاً من التجربة والخطأ. وهذه هي قوة هذه المادة'.

مواد SMILES معروفة حاليًا المواد الفلورية ذات أعلى سطوع لكل وحدة حجم. أحد تطبيقاتها المحتملة هو مساعدة المركبات ذاتية القيادة على تحديد موقعها على الطريق. تبعث السيارة الضوء إلى جسم مشفر بمادة SMILES على جانب الطريق، وتستقبل الإشارة المرتدة، وتحصل على معلومات الموقع. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام مواد سمايلز في الخلايا الشمسية، وأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة، والتشخيص الطبي، والمؤشرات الحيوية، والشاشات ثلاثية الأبعاد.