درخشان ترین ماده فلورسنت تاریخ متولد شد

رنگ های فلورسنت ترکیبات آلی هستند که نور با طول موج مشخصی را جذب می کنند و نوری با طول موج دیگر ساطع می کنند. آنها نقش مهمی در زمینه های نشانگر زیستی و فناوری خورشیدی دارند. رنگ‌های فلورسنت سنتی در حالت مایع نور ساطع می‌کنند، اما زمانی که به مواد جامد تبدیل می‌شوند، به دلیل برهم‌کنش بین مولکول‌های فلورسنت، تقریباً هیچ رنگی نمی‌تواند عملکرد لومینسانس عالی اولیه خود را حفظ کند، که کاربرد و تبدیل آن را محدود می‌کند.

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور فلود از دانشگاه ایندیانا و پروفسور لاورسن از دانشگاه کپنهاگ در دانمارک راه حلی برای این مشکل که 150 سال است دانشمندان را درگیر کرده است، پیدا کردند. با مخلوط کردن رنگ فلورسنت با یک محلول بی رنگ حاوی یک ترکیب ماکروسیکلیک سیانوستار، جامد می شود و شبکه ایزوله یون مولکولی کوچک (SMILES) را تشکیل می دهد تا از برهمکنش بین مولکول های فلورسنت جلوگیری کند که خواص نوری رنگ را کاملاً ترکیب می کند. خواص در درخشان ترین مواد باز تولید می شوند. مواد فلورسنت همیشه.

فلورسانس برای بسیاری از فناوری ها در زمینه نوری (مانند OLED) بسیار مهم است. تعداد زیادی از مواد فلورسنت با اختلاط و تطبیق واحدهای ساختاری یونی برای کنترل خواص نوری از جمله پروسکایت هالید سرب انقلابی تهیه می‌شوند. فلورسانس همچنین در بسیاری از مولکول های رنگ به راحتی قابل مشاهده است که در محلول های رقیق درخشندگی درخشانی را نشان می دهند.

اگرچه بیش از 100000 رنگ های فلورسنت وجود دارند، تقریبا هیچ رنگی وجود ندارد که بتواند مواد شب تاب را به روشی قابل پیش بینی مطابقت دهد و طراحی کند. مولکول های ماده جامد تبدیل شده از آنها به طور نزدیک مرتب شده اند و با یکدیگر تداخل دارند و در نتیجه فلورسانس خاموش می شود و الکترون ها می شوند. مشکل کوپلینگ علاوه بر این، رنگ رنگ پس از تبدیل به حالت جامد تغییر می کند و بازده کوانتومی نیز کاهش می یابد.

برای تبدیل رنگ‌های فلورسنت با کارایی بالا به مواد فلورسنت حالت جامد با خواص نوری عالی، اجتناب از جفت شدن و خاموش کردن انتشار مهم است. در کار قبلی، بسیاری از استراتژی‌ها برای دور زدن خاموش کردن بر جداسازی فضایی فلوروفورها تکیه دارند. دانشمندان از رنگ‌های کاتیونی و آنیون‌های بزرگ برای مونتاژ (هم‌مونتاژ) استفاده می‌کنند، اگرچه خواص نوری را می‌توان تکرار کرد، اما نمی‌توانند به هدف طراحی مواد مطابق با نیاز دست یابند.

برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی پروفسور فلود و پروفسور لاورسن از یک مولکول حلقوی به نام سیانوستار برای جداسازی بار مثبت استفاده کردند. مولکول های رنگ فلورسنت و آنیون های ضد آنها مولکول های سیانوستار مانند دونات هستند، آنیون ضد در منافذ توخالی پیچیده شده است و رنگ کاتیونی در خارج قرار دارد. محققان از انواع رنگ‌های تجاری برای تأیید کاربرد جهانی ماده SMILES استفاده کردند و دریافتند که ویژگی‌های سیانوستار آن را قادر می‌سازد تقریباً هر رنگ کاتیونی را به راحتی در خود جای دهد و خواص شب تاب اصلی را به خوبی تکرار کند. اگرچه تحقیقات قبلی روشی را برای استفاده از مولکول‌های ماکروسیکلیک برای جداسازی رنگ‌ها ایجاد کرده است، اما برای تکمیل این کار به حلقه‌های ماکروسیکلیک رنگی تکیه می‌کند و خواص نوری رنگ‌های مایع را نمی‌توان به طور کامل بازتولید کرد. در کار پروفسور فلود و پروفسور لاورسن، نوآوری این است که تبلور مواد به طور همزمان جداسازی فضایی و الکترونیکی فلوروفور را ایجاد می‌کند و استفاده از رنگ‌های کاتیونی را برای طراحی منطقی، درک و کشف مواد نوری پیشرفته ممکن می‌سازد، در نتیجه به طور یکپارچه از مولکول‌ها به خواص نوری مواد برنامه‌ریزی می‌کند.

مواد SMILES اولین نوع مواد نوری 'plug-and-play' هستند که از رنگ های فلورسنت تشکیل شده اند. رنگ ها را می توان به طور مستقیم در مواد SMILES بدون بهینه سازی یا تنظیم استفاده کرد. پروفسور فلود گفت: 'ما اکنون می توانیم از طریق طراحی به جای آزمون و خطا، تعداد بیشتری از این مواد نوری پیشرفته را تولید کنیم. این قدرت این ماده است.'

مواد SMILES در حال حاضر شناخته شده است مواد فلورسنت با بالاترین روشنایی در واحد حجم. یکی از کاربردهای بالقوه آن کمک به وسایل نقلیه خودران برای تعیین موقعیت خود در جاده است. وسیله نقلیه نور را به یک شیء کد شده با مواد SMILES در کنار جاده ساطع می کند، سیگنال برگشتی را دریافت می کند و اطلاعات مکان را به دست می آورد. علاوه بر این، مواد SMILES همچنین می توانند در سلول های خورشیدی، لیزرهای حالت جامد، تشخیص پزشکی، نشانگرهای زیستی و نمایشگرهای سه بعدی استفاده شوند.