Nasce o material fluorescente mais brilhante da história

Os corantes fluorescentes são compostos orgânicos que absorvem luz de um determinado comprimento de onda e emitem luz de outro comprimento de onda. Eles desempenham um papel importante nas áreas de biomarcação e tecnologia solar. Os corantes fluorescentes tradicionais emitem luz no estado líquido, mas quando são transformados em materiais sólidos, devido à interação entre moléculas fluorescentes, quase nenhum corante consegue manter seu excelente desempenho de luminescência original, o que limita sua aplicação e conversão.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Flood da Universidade de Indiana e pelo professor Laursen da Universidade de Copenhague, na Dinamarca, encontrou uma solução para este problema que atormenta os cientistas há 150 anos. Ao misturar o corante fluorescente com uma solução incolor contendo um composto macrocíclico-cianostar, ele se solidifica para formar uma rede de isolamento de íons de pequenas moléculas (SMILES) para evitar a interação entre moléculas fluorescentes, que combina perfeitamente as propriedades ópticas do corante As propriedades são reproduzidas em materiais sólidos, criando o mais brilhante material fluorescente nunca.

A fluorescência é muito importante para muitas tecnologias no campo óptico (como OLED). Um grande número de materiais fluorescentes é preparado misturando e combinando unidades estruturais iônicas para controlar as propriedades ópticas, incluindo a revolucionária perovskita de haleto de chumbo. A fluorescência também é fácil de ver em muitas moléculas de corante, que apresentam luminescência brilhante em soluções diluídas.

Embora mais de 100.000 Sabe-se que existem corantes fluorescentes , quase não há corante que possa combinar e projetar materiais luminescentes de maneira previsível. As moléculas de material sólido convertidas a partir deles estão dispostas de perto e interferem umas nas outras, resultando na extinção da fluorescência e dos elétrons. Problema de acoplamento. Além disso, a cor do corante mudará após ser convertido no estado sólido e a eficiência quântica também diminuirá.

Para transformar corantes fluorescentes de alto desempenho em materiais fluorescentes de estado sólido com excelentes propriedades ópticas, evitar o acoplamento e a extinção de emissões é a chave. Em trabalhos anteriores, muitas estratégias para contornar a extinção dependem do isolamento espacial de fluoróforos. Os cientistas usam corantes catiônicos e grandes ânions para co-montagem (co-montagem), embora as propriedades ópticas possam ser replicadas, mas eles não conseguem atingir o propósito de projetar materiais de acordo com as necessidades.

Para resolver este problema, a equipe de pesquisa do Professor Flood e do Professor Laursen usou uma molécula cíclica chamada cyanostar para separar a carga positiva moléculas de corante fluorescente e seus contra-ânions. As moléculas cianoestrelas são como donuts, o contra-ânion está envolto nos poros ocos e o corante catiônico está localizado do lado de fora. Os pesquisadores usaram uma variedade de corantes comerciais para verificar a aplicabilidade universal do material SMILES e descobriram que as características do cyanostar permitem acomodar facilmente quase qualquer corante catiônico e replicar perfeitamente as propriedades luminescentes originais. Embora pesquisas anteriores tenham desenvolvido um método de utilização de moléculas macrocíclicas para separar corantes, ela se baseia em anéis macrocíclicos coloridos para completar este trabalho, e as propriedades ópticas dos corantes líquidos não podem ser reproduzidas perfeitamente. No trabalho do Professor Flood e do Professor Laursen, a inovação é que a cristalização do material produz simultaneamente o isolamento espacial e eletrônico do fluoróforo, e possibilita o uso de corantes catiônicos para projetar, compreender e descobrir racionalmente materiais ópticos avançados, planejando assim perfeitamente desde as moléculas até o direcionamento das propriedades ópticas do material.

Os materiais SMILES são o primeiro tipo de materiais ópticos 'plug-and-play' compostos de corantes fluorescentes. Os corantes podem ser usados ​​diretamente nos materiais SMILES sem otimização ou ajuste. O professor Flood disse: 'Agora podemos fabricar mais deste material óptico avançado através do design, em vez de tentativa e erro. Este é o poder deste material.'

Os materiais SMILES são atualmente conhecidos materiais fluorescentes com o maior brilho por unidade de volume. Uma de suas aplicações potenciais é ajudar veículos autônomos a determinar sua posição na estrada. O veículo emite luz para um objeto codificado com material SMILES na beira da estrada, recebe o sinal retornado e obtém informações de localização. Além disso, os materiais SMILES também podem ser usados ​​em células solares, lasers de estado sólido, diagnósticos médicos, biomarcadores e displays 3D.