Le matériau fluorescent le plus brillant de l'histoire est né

Les colorants fluorescents sont des composés organiques qui absorbent la lumière d'une certaine longueur d'onde et émettent de la lumière d'une autre longueur d'onde. Ils jouent un rôle important dans les domaines du biomarquage et de la technologie solaire. Les colorants fluorescents traditionnels émettent de la lumière à l'état liquide, mais lorsqu'ils sont transformés en matériaux solides, en raison de l'interaction entre les molécules fluorescentes, presque aucun colorant ne peut conserver ses excellentes performances de luminescence d'origine, ce qui limite son application et sa conversion.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Flood de l'université d'Indiana et le professeur Laursen de l'université de Copenhague au Danemark a trouvé une solution à ce problème qui tourmente les scientifiques depuis 150 ans. En mélangeant le colorant fluorescent avec une solution incolore contenant un composé macrocyclique-cyanostar, il se solidifie pour former un réseau d'isolation ionique à petites molécules (SMILES) pour empêcher l'interaction entre les molécules fluorescentes, qui combine parfaitement les propriétés optiques du colorant. Les propriétés sont reproduites dans des matériaux solides, créant le plus brillant matériau fluorescent jamais.

La fluorescence est très importante pour de nombreuses technologies du domaine optique (comme l'OLED). Un grand nombre de matériaux fluorescents sont préparés en mélangeant et en faisant correspondre des unités structurelles ioniques pour contrôler les propriétés optiques, y compris la perovskite révolutionnaire aux halogénures de plomb. La fluorescence est également facile à détecter dans de nombreuses molécules de colorant, qui présentent une luminescence brillante dans les solutions diluées.

Bien que plus de 100 000 On sait qu'il existe des colorants fluorescents , mais il n'existe pratiquement aucun colorant capable de correspondre et de concevoir des matériaux luminescents de manière prévisible. Les molécules de matériau solide qui en sont converties sont étroitement disposées et interfèrent les unes avec les autres, ce qui entraîne une extinction de la fluorescence et des électrons. Problème de couplage. De plus, la couleur du colorant changera après avoir été converti à l’état solide et l’efficacité quantique diminuera également.

Pour transformer des colorants fluorescents hautes performances en matériaux fluorescents à l'état solide dotés d'excellentes propriétés optiques, il est essentiel d'éviter le couplage et l'extinction des émissions. Dans des travaux antérieurs, de nombreuses stratégies visant à contourner l’extinction reposent sur l’isolement spatial des fluorophores. Les scientifiques utilisent des colorants cationiques et de gros anions pour co-assembler (co-assemblage), bien que les propriétés optiques puissent être reproduites, mais ils ne peuvent pas atteindre l'objectif de concevoir des matériaux en fonction des besoins.

Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche du professeur Flood et du professeur Laursen a utilisé une molécule cyclique appelée cyanostar pour séparer les particules chargées positivement. molécules de colorant fluorescent et leurs contre-anions. Les molécules cyanostar ressemblent à des beignets, le contre-anion est enveloppé dans les pores creux et le colorant cationique est situé à l'extérieur. Les chercheurs ont utilisé divers colorants commerciaux pour vérifier l’applicabilité universelle du matériau SMILES et ont découvert que les caractéristiques du cyanostar lui permettent de s’adapter facilement à presque tous les colorants cationiques et de reproduire parfaitement les propriétés luminescentes d’origine. Bien que des recherches antérieures aient développé une méthode d'utilisation de molécules macrocycliques pour séparer les colorants, elles s'appuient sur des anneaux macrocycliques colorés pour compléter ce travail, et les propriétés optiques des colorants liquides ne peuvent pas être parfaitement reproduites. Dans les travaux du professeur Flood et du professeur Laursen, l'innovation réside dans le fait que la cristallisation du matériau produit simultanément l'isolation spatiale et électronique du fluorophore et permet d'utiliser des colorants cationiques pour concevoir, comprendre et découvrir de manière rationnelle des matériaux optiques avancés, planifiant ainsi de manière transparente des molécules au ciblage des propriétés optiques du matériau.

Les matériaux SMILES sont le premier type de matériaux optiques « plug-and-play » composés de colorants fluorescents. Les colorants peuvent être directement utilisés dans les matériaux SMILES sans optimisation ni ajustement. Le professeur Flood a déclaré : « Nous pouvons désormais fabriquer davantage de ce matériau optique avancé grâce à la conception plutôt qu'à des essais et des erreurs. C'est la puissance de ce matériau. »

Les matériaux SMILES sont actuellement connus matériaux fluorescents avec la luminosité la plus élevée par unité de volume. L’une de ses applications potentielles est d’aider les véhicules autonomes à déterminer leur position sur la route. Le véhicule émet de la lumière vers un objet codé avec le matériau SMILES sur le bord de la route, reçoit le signal renvoyé et obtient des informations de localisation. En outre, les matériaux SMILES peuvent également être utilisés dans les cellules solaires, les lasers à solide, les diagnostics médicaux, les biomarqueurs et les écrans 3D.