Рождение самого яркого флуоресцентного материала в истории

Флуоресцентные красители — это органические соединения, которые поглощают свет одной длины волны и излучают свет другой длины волны. Они играют важную роль в области биомаркировки и солнечных технологий. Традиционные флуоресцентные красители излучают свет в жидком состоянии, но когда их превращают в твердые материалы, из-за взаимодействия между флуоресцентными молекулами почти ни один краситель не может сохранять свои первоначальные превосходные люминесцентные характеристики, что ограничивает его применение и преобразование.

Исследовательская группа под руководством профессора Флада из Университета Индианы и профессора Лаурсена из Копенгагенского университета в Дании нашла решение этой проблемы, которая мучает ученых уже 150 лет. Смешивая флуоресцентный краситель с бесцветным раствором, содержащим макроциклическое соединение-цианостар, он затвердевает с образованием мелкомолекулярной ионизоляционной решетки (SMILES) для предотвращения взаимодействия между флуоресцентными молекулами, что идеально сочетает в себе оптические свойства красителя. Свойства воспроизводятся в твердых материалах, создавая максимально яркие флуоресцентный материал когда-либо.

Флуоресценция очень важна для многих технологий в оптической области (например, OLED). Большое количество флуоресцентных материалов получают путем смешивания и сопоставления ионных структурных единиц для управления оптическими свойствами, включая революционный перовскит на основе галогенида свинца. Флуоресценцию также легко увидеть во многих молекулах красителей, которые демонстрируют яркую люминесценцию в разбавленных растворах.

Хотя более 100 000 флуоресцентные красители существуют, но почти не существует красителя, который мог бы соответствовать люминесцентным материалам и создавать их предсказуемым образом. Известно, что Преобразованные из них молекулы твердого материала располагаются тесно и интерферируют друг с другом, что приводит к тушению флуоресценции и электронов. Проблема со сцеплением. Более того, цвет красителя изменится после перевода в твердое состояние, а также уменьшится квантовая эффективность.

Чтобы превратить высокоэффективные флуоресцентные красители в твердотельные флуоресцентные материалы с превосходными оптическими свойствами, ключевым моментом является предотвращение взаимодействия и гашения излучения. В предыдущей работе многие стратегии обхода тушения основывались на пространственной изоляции флуорофоров. Ученые используют катионные красители и крупные анионы для совместной сборки (совместной сборки), хотя оптические свойства можно воспроизвести, но они не могут достичь цели проектирования материалов в соответствии с потребностями.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа профессора Флада и профессора Лаурсена использовала циклическую молекулу под названием цианостар, чтобы отделить положительно заряженные молекулы. Молекулы флуоресцентных красителей и их противоанионы. Молекулы цианостара подобны пончикам, противоанион завернут в полые поры, а катионный краситель находится снаружи. Исследователи использовали различные коммерческие красители, чтобы проверить универсальную применимость материала SMILES, и обнаружили, что характеристики цианостар позволяют ему легко сочетаться практически с любым катионным красителем и идеально воспроизводить оригинальные люминесцентные свойства. Хотя предыдущие исследования разработали метод использования макроциклических молекул для разделения красителей, для завершения этой работы он опирается на цветные макроциклические кольца, а оптические свойства жидких красителей не могут быть полностью воспроизведены. В работе профессора Флуда и профессора Лаурсена инновация заключается в том, что кристаллизация материала одновременно обеспечивает пространственную и электронную изоляцию флуорофора и позволяет использовать катионные красители для рационального проектирования, понимания и открытия передовых оптических материалов, тем самым плавно планируя переход от молекул к определению оптических свойств материала.

Материалы SMILES представляют собой первый тип оптических материалов «подключи и работай», состоящих из флуоресцентных красителей. Красители можно использовать непосредственно в материалах SMILES без оптимизации или корректировки. Профессор Флуд сказал: «Теперь мы можем производить больше этого современного оптического материала посредством проектирования, а не методом проб и ошибок. В этом сила этого материала».

В настоящее время известны материалы SMILES. флуоресцентные материалы с наибольшей яркостью на единицу объема. Одно из его потенциальных применений — помочь автономным транспортным средствам определять свое положение на дороге. Транспортное средство излучает свет на объект, закодированный материалом SMILES на обочине дороги, принимает ответный сигнал и получает информацию о местоположении. Кроме того, материалы SMILES также можно использовать в солнечных элементах, твердотельных лазерах, медицинской диагностике, биомаркерах и 3D-дисплеях.