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|化学家创造出最亮荧光材料


作者：唐一尘
|化学家创造出最亮荧光材料
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【|化学家创造出最亮荧光材料】

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


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