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化学家创造出最亮荧光材料
发布时间: 2020-08-25 11:02 | 【 【打印】【关闭】

  

 

  8月6日,研究人员在Cell Press细胞出版社旗下期刊Chem(《化学》)上报告说,通过将带正电荷的荧光染料合成到一种名为小分子离子隔离格(SMILES)的新型材料中,化合物灿烂的光芒可以无缝地转化为固态结晶状态。这一进展克服了长期以来开发荧光固体的障碍,有助于开发目前已知的最亮材料。

  “这些材料在任何需要明亮荧光或设计光学特性的技术上都有潜能,包括太阳能收集、生物成像和激光。”美国印第安纳大学化学家Amar Flood说。他与丹麦哥本哈根大学的Bo Laursen均为该论文的资深作者。

  “除此之外,还有一些有趣的应用,包括在太阳能电池中对光进行上转换以捕获更多的太阳光谱,用于信息存储和光致变色玻璃的光切换材料以及可用于3D显示技术的圆偏振荧光。”Flood说。

  虽然目前有超过10万种不同的荧光染料可用,但几乎没有一种能以可预测的方式混合和匹配,以制造固体光学材料。当染料进入固态时,由于紧密排列在一起时的表现,它们倾向于经历“猝灭”,从而降低荧光强度,产生更柔和的辉光。

  “当染料在固体中并肩站立时,染料间的猝灭和耦合问题就出现了。”Flood说,“它们情不自禁地‘触摸’彼此。就像小孩子坐在那里听故事一样,它们互相干扰,不再像个体一样行事。”

  为了解决这个问题,Flood和同事们将一种有色染料和含有氰星的无色溶液混合。氰星是一种星形的大环分子,它可以防止荧光分子在混合物凝固时相互作用,保持其完整的光学特性。当混合物变成固体时,SMILES就形成了,然后研究人员将其变成晶体,沉淀成干粉末,最后制成薄膜或直接与聚合物结合。由于氰星大环形成了类似棋盘格的构建块,研究人员只需在格子中插入一种染料,无需进一步调整,结构就会呈现出它的颜色和外观。

  虽然,之前的研究已经开发出利用大环分子来分隔染料的方法,但它依赖于彩色大环完成这项工作。Flood 和他的同事发现无色的大环是关键。

  “有些人认为无色大环没有吸引力,但是它们允许隔离晶格完全表达染料的明亮荧光,而且不受大环颜色的阻碍。”Flood说。

  接下来,研究人员计划探索使用这种新技术形成的荧光材料的性质,以便在未来与染料制造商合作时,实现该材料在各种不同应用中的全部潜力。

  Flood说:“这些材料是全新的,所以我们不知道它们的哪些固有特性能够提供更好的功能。我们也不知道材料的极限。因此,我们要从根本上了解它的工作原理,并为其创建新属性提供一套稳健的设计规则。这对于将这些材料交到他人手中至关重要——我们希望寻求众包,并在这方面与他人合作。”

  相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2020.06.029 

  文章来源:中国科学报、新闻网

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