Nace el material fluorescente más brillante de la historia

Los tintes fluorescentes son compuestos orgánicos que absorben luz de una determinada longitud de onda y emiten luz de otra longitud de onda. Desempeñan un papel importante en los campos del biomarcado y la tecnología solar. Los tintes fluorescentes tradicionales emiten luz en estado líquido, pero cuando se convierten en materiales sólidos, debido a la interacción entre moléculas fluorescentes, casi ningún tinte puede mantener su excelente rendimiento de luminiscencia original, lo que limita su aplicación y conversión.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Flood de la Universidad de Indiana y el profesor Laursen de la Universidad de Copenhague en Dinamarca encontró una solución a este problema que ha atormentado a los científicos durante 150 años. Al mezclar el tinte fluorescente con una solución incolora que contiene un compuesto macrocíclico, cianoestrella, se solidifica para formar una red de aislamiento de iones de molécula pequeña (SMILES) para evitar la interacción entre moléculas fluorescentes, que combina perfectamente las propiedades ópticas del tinte. Las propiedades se reproducen en materiales sólidos, creando los más brillantes material fluorescente alguna vez.

La fluorescencia es muy importante para muchas tecnologías del campo óptico (como OLED). Una gran cantidad de materiales fluorescentes se preparan mezclando y combinando unidades estructurales iónicas para controlar las propiedades ópticas, incluida la revolucionaria perovskita de haluro de plomo. La fluorescencia también es fácil de ver en muchas moléculas de tinte, que muestran una luminiscencia brillante en soluciones diluidas.

Aunque más de 100.000 Se sabe que existen tintes fluorescentes , pero casi no existe ningún tinte que pueda combinar y diseñar materiales luminiscentes de forma predecible. Las moléculas de material sólido que se convierten a partir de ellos están muy dispuestas e interfieren entre sí, lo que provoca la extinción de la fluorescencia y de los electrones. Problema de acoplamiento. Además, el color del tinte cambiará después de convertirse en estado sólido y la eficiencia cuántica también disminuirá.

Para convertir tintes fluorescentes de alto rendimiento en materiales fluorescentes de estado sólido con excelentes propiedades ópticas, la clave es evitar el acoplamiento y la extinción de emisiones. En trabajos anteriores, muchas estrategias para evitar el enfriamiento se basan en el aislamiento espacial de los fluoróforos. Los científicos utilizan tintes catiónicos y aniones grandes para coensamblar (coensamblaje), aunque las propiedades ópticas se pueden replicar, pero no pueden lograr el propósito de diseñar materiales según las necesidades.

Para resolver este problema, el equipo de investigación del profesor Flood y el profesor Laursen utilizó una molécula cíclica llamada cianostar para separar las cargadas positivamente. Moléculas de tintes fluorescentes y sus contraaniones. Las moléculas de cianoestrella son como donas, el contraanión está envuelto en los poros huecos y el tinte catiónico se encuentra afuera. Los investigadores utilizaron una variedad de tintes comerciales para verificar la aplicabilidad universal del material SMILES y descubrieron que las características de cyanostar le permiten adaptarse fácilmente a casi cualquier tinte catiónico y replicar perfectamente las propiedades luminiscentes originales. Aunque investigaciones anteriores han desarrollado un método para utilizar moléculas macrocíclicas para separar tintes, se basan en anillos macrocíclicos coloreados para completar este trabajo y las propiedades ópticas de los tintes líquidos no se pueden reproducir perfectamente. En el trabajo del profesor Flood y el profesor Laursen, la innovación es que la cristalización del material produce simultáneamente el aislamiento espacial y electrónico del fluoróforo, y hace posible utilizar tintes catiónicos para diseñar, comprender y descubrir racionalmente materiales ópticos avanzados, planificando así sin problemas desde las moléculas hasta el objetivo de las propiedades ópticas del material.

Los materiales SMILES son el primer tipo de materiales ópticos 'plug-and-play' compuestos de tintes fluorescentes. Los tintes se pueden utilizar directamente en los materiales SMILES sin optimización ni ajuste. El profesor Flood dijo: 'Ahora podemos fabricar más de este material óptico avanzado mediante diseño en lugar de prueba y error. Éste es el poder de este material'.

Actualmente se conocen los materiales de SMILES. Materiales fluorescentes con el mayor brillo por unidad de volumen. Una de sus posibles aplicaciones es ayudar a los vehículos autónomos a determinar su posición en la carretera. El vehículo emite luz a un objeto codificado con material SMILES al costado de la carretera, recibe la señal devuelta y obtiene información de ubicación. Además, los materiales SMILES también se pueden utilizar en células solares, láseres de estado sólido, diagnóstico médico, biomarcadores y pantallas 3D.