Bahan berpendar paling terang dalam sejarah telah lahir

Pewarna fluoresen adalah senyawa organik yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu dan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang lain. Mereka memainkan peranan penting dalam bidang biomarking dan teknologi surya. Pewarna fluoresen tradisional memancarkan cahaya dalam keadaan cair, tetapi ketika dibuat menjadi bahan padat, karena interaksi antara molekul fluoresen, hampir tidak ada pewarna yang dapat mempertahankan kinerja pendaran aslinya yang sangat baik, sehingga membatasi penerapan dan konversinya.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Flood dari Universitas Indiana dan Profesor Laursen dari Universitas Kopenhagen di Denmark menemukan solusi untuk masalah yang telah menjangkiti para ilmuwan selama 150 tahun. Dengan mencampurkan pewarna fluoresen dengan larutan tak berwarna yang mengandung senyawa makrosiklik-cyanostar, pewarna tersebut mengeras membentuk kisi isolasi ion molekul kecil (SMILES) untuk mencegah interaksi antar molekul fluoresen, yang secara sempurna menggabungkan sifat optik pewarna. Sifat-sifat tersebut direproduksi dalam bahan padat, menghasilkan yang paling terang bahan neon yang pernah ada.

Fluoresensi sangat penting bagi banyak teknologi di bidang optik (seperti OLED). Sejumlah besar bahan fluoresen dibuat dengan mencampur dan mencocokkan unit struktural ionik untuk mengontrol sifat optik, termasuk perovskit halida timbal yang revolusioner. Fluoresensi juga mudah dilihat pada banyak molekul pewarna, yang menunjukkan pendaran cerah dalam larutan encer.

Meski lebih dari 100.000 pewarna fluoresen diketahui ada, hampir tidak ada pewarna yang dapat menandingi dan merancang bahan berpendar dengan cara yang dapat diprediksi. Molekul bahan padat yang diubah darinya tersusun rapat dan saling mengganggu, mengakibatkan pemadaman fluoresensi dan elektron. Masalah kopling. Selain itu, warna pewarna akan berubah setelah diubah menjadi padat, dan efisiensi kuantum juga akan menurun.

Untuk membuat pewarna fluoresen berkinerja tinggi menjadi bahan fluoresen solid-state dengan sifat optik yang sangat baik, kuncinya adalah menghindari penggandengan dan pendinginan emisi. Dalam penelitian sebelumnya, banyak strategi untuk menghindari pendinginan bergantung pada isolasi spasial fluorofor. Para ilmuwan menggunakan pewarna kationik dan anion besar untuk berkumpul bersama (co-assembly), meskipun sifat optik dapat direplikasi, namun mereka tidak dapat mencapai tujuan merancang bahan sesuai kebutuhan.

Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti Profesor Flood dan Profesor Laursen menggunakan molekul siklik yang disebut cyanostar untuk memisahkan muatan positif. molekul pewarna fluoresen dan anion lawannya. Molekul sianostar seperti donat, anion lawan terbungkus dalam pori-pori berongga, dan pewarna kationik terletak di luar. Para peneliti menggunakan berbagai pewarna komersial untuk memverifikasi penerapan universal bahan SMILES, dan menemukan bahwa karakteristik cyanostar memungkinkannya dengan mudah mengakomodasi hampir semua pewarna kationik dan secara sempurna meniru sifat luminescent aslinya. Meskipun penelitian sebelumnya telah mengembangkan metode menggunakan molekul makrosiklik untuk memisahkan pewarna, penelitian ini bergantung pada cincin makrosiklik berwarna untuk menyelesaikan pekerjaan ini, dan sifat optik pewarna cair tidak dapat direproduksi dengan sempurna. Dalam karya Profesor Flood dan Profesor Laursen, inovasinya adalah kristalisasi material secara bersamaan menghasilkan isolasi spasial dan elektronik dari fluorofor, dan memungkinkan penggunaan pewarna kationik untuk merancang, memahami, dan menemukan material optik canggih secara rasional, sehingga merencanakan secara mulus dari molekul hingga Menargetkan sifat optik material.

Bahan SMILES adalah jenis bahan optik 'plug-and-play' pertama yang terdiri dari pewarna fluoresen. Pewarna dapat langsung digunakan pada bahan SMILES tanpa optimasi atau penyesuaian. Profesor Flood berkata: 'Kami sekarang dapat memproduksi lebih banyak bahan optik canggih ini melalui desain, bukan melalui uji coba. Inilah kekuatan bahan ini.'

Materi SMILES yang saat ini dikenal bahan fluoresen dengan kecerahan tertinggi per satuan volume. Salah satu potensi penerapannya adalah membantu kendaraan otonom menentukan posisinya di jalan. Kendaraan memancarkan cahaya ke objek berkode material SMILES di pinggir jalan, menerima sinyal balik, dan memperoleh informasi lokasi. Selain itu, bahan SMILES juga dapat digunakan dalam sel surya, laser solid-state, diagnosis medis, biomarker, dan tampilan 3D.