Ностальгические звёзды, которые светятся в темноте и мерцают на потолках детских комнат, работают на основе явления, называемого фосфоресценцией. Материал поглощает энергию, а затем высвобождает её в виде света. Однако современный спрос на более мягкие фосфоресцирующие материалы поставил перед исследователями уникальную задачу — создание органических жидкостей с эффективной фосфоресценцией при комнатной температуре считается сложным.
Исследователи из Университета Осаки попытались решить эту проблему
Их открытие опубликовано в журнале Chemical Science.
Традиционные материалы, которые могут фосфоресцировать при комнатной температуре, содержат атомы тяжёлых металлов. Эти люминофоры используются для создания цветных электронных дисплеев, которые мы используем каждый день, например, в смартфонах. Органические материалы, содержащие углерод и атомы водорода (подобные тем, что встречаются в природе), более экологичны.
Однако органические молекулы обычно высвобождают поглощённую энергию в 1000 раз медленнее, чем молекулы металлов, и нуждаются в жёсткой среде — например, в кристаллической решётке — для фосфоресценции при комнатной температуре. Кристаллические материалы хрупкие, и их сложно обрабатывать.
«Органические жидкости „мягкие“, их можно легко деформировать и обрабатывать», — объясняет ведущий автор Йосуке Тани. «Однако создание органических жидкостей, которые фосфоресцируют при комнатной температуре, сложно, потому что жидкости гибкие».
Дополнительной проблемой является то, что молекулы в жидкости расположены так близко друг к другу, что хромофоры, которые поглощают энергию, могут образовывать агрегаты и передавать энергию другим молекулам, вместо того чтобы высвобождать её в виде света. В целом эти факторы могут привести к низкой эффективности фосфоресценции.
Чтобы преодолеть эти трудности, команда разработала органический молекулярный скелет с фосфоресцирующей основой, называемый 3-бром-2-тиенилдикетоном, к которому была присоединена специальная группа молекул — диметилоктилсилильная группа, или DMOS. Присоединение одной группы DMOS оказалось полезным, поскольку в результате была получена жидкость, стабильная при комнатной температуре. Ещё более интересно то, что присоединение двух групп DMOS нарушило молекулярную агрегацию и предотвратило ослабление фосфоресценции.
Разработанная молекула может быстро фосфоресцировать благодаря своей конструкции, созданной командой с учётом эффективности. Квантовый выход, показатель эффективности фотохимических реакций, является самым высоким из известных для органических жидкостей и примерно в три раза превышает эффективность других органических жидкостей.
«Цвет света, излучаемого твёрдыми телами и жидкостями, обычно довольно тусклый, тогда как наш материал имеет яркий жёлтый цвет», — сообщает Такудзи Огава, старший автор. «Эта характеристика нашей разработанной молекулы является свидетельством её эффективности».
Ожидается, что такие улучшения фосфоресценции будут полезны для любого применения органических жидкостей. Отмечается, что наличие органических материалов, которые одновременно являются фосфоресцирующими и гибкими, приведёт к новым разработкам в области электронных дисплеев, особенно для тех, которые можно сгибать или растягивать, чтобы обеспечить функциональность носимых электронных устройств.
Предоставлено Университетом Осаки.