Накапливающий свет органический материал разработали в лаборатории низкоуглеродных химических технологий ФЕН НГУ (ORËL Research Lab). Он не содержит токсичных тяжелых металлов.
Как рассказали в пресс-службе НГУ, исследователи разрабатывают материалы с эффектом послесвечения на основе органических молекул.
<...> Такие материалы, находясь некоторое время под воздействием света, потом несколько секунд способны сами испускать свет. Неорганические материалы, обладающие такими свойствами, известны уже очень давно. Однако большая их часть содержит тяжелые металлы, наличие которых и обуславливает эффект фосфоресценции. Мы же в своей работе используем совсем иной подход — отказываемся от тяжелых металлов в пользу органических молекул ради меньшей токсичности и большей доступности. Используя разнообразие органических молекул, мы подбираем систему таким образом, чтобы сделать светимость материала дольше и эффективнее. Этот подход позволяет нам полностью контролировать свойства путем вариации структуры используемых молекул и в зависимости поставленных задач направленно получать необходимые материалы с заданными свойствами, — объяснил завлаб Евгений Мостович.
Как объяснили ученые, в НГУ создан материал с очень высокой квантовой эффективностью послесвечения (>70%), при которой накопление светового излучения практически равно его переизлучению с очень эффективным вкладом в послесвечение (до 3 секунд). Планируется увеличить его длительность.
Исследователи выяснили, какие группы атомов в органических молекулах увеличивают длительность свечения, а какие снижают. Теперь они разрабатывают подходы к целенаправленному синтезу органических молекул, которые будут обладать либо большим, либо меньшим временем послесвечения.
<...> Чтобы органическая молекула проявила послесвечение, например, фосфоресценцию, ее необходимо «заморозить». Одна из молекул, которую мы разработали для этих целей, обладает временем жизни фосфоресценции, достигающим 10 секунд, но только при температуре, равной 77 Кельвин (т.е. -196 градусов по Цельсию). Исследователей интересует, как повысить эту рабочую температуру до комнатной. Мы разработали специальные молекулы — эмиттеры, в структуре которых есть так называемые донорные и акцепторные части. Такие молекулы обладают свойством, которое называется «термически активированная задержанная флуоресценция». Мы растворяем эмиттер в подходящей матрице, веществе, которое «замораживает» колебания молекул эмиттера, в результате включается термически активированная задержанная флуоресценция, а мы в свою очередь получаем материалы с очень высокой эффективностью послесвечения. Важно, что количество эмиттера в матрице может быть ничтожно малым — вплоть до одной молекулы на миллиард молекул матрицы. Мы выяснили, что даже в такой концентрации система продолжает показывать довольно эффективное послесвечение, видимое невооруженным глазом, — рассказал Мостович.
Исследователи также планируют создать палитру послесвечения. Сейчас созданные в лаборатории ORËL Research Lab материалы послесвечения светятся желтым, зеленым и голубым, в планах — дополнить этот цветовой ряд красным и оранжевым. Это может пригодиться для биовизуализации лабораторных исследований, например, живых тканей.
Еще одна сфера применения новых материалов — криптография. Эффект послесвечения можно использовать для защиты информации, документов или личной подписи. При этом материалы с послесвечением используются для нанесения защитных изображений, которые появляются не при мгновенном облучении светом, а спустя несколько секунд. Таким способом можно защитить, например, штрих-код или QR-код, печати и факсимиле подписей, а также любую закодированную информацию.