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化學(xué)家創(chuàng)造出最亮熒光材料 還能收集太陽能

2021-04-01 09:26:31 浙江名毅新能源有限公司 瀏覽次數(shù) 2409

8月6日,研究人員在Cell Press細胞出版社旗下期刊Chem(《化學(xué)》)上報告說,通過將帶正電荷的熒光染料合成到一種名為小分子離子隔離格(SMILES)的新型材料中,化合物燦爛的光芒可以無縫地轉(zhuǎn)化為固態(tài)結(jié)晶狀態(tài)。這一進展克服了長期以來開發(fā)熒光固體的障礙,有助于開發(fā)目前已知的最亮材料。

“這些材料在任何需要明亮熒光或設(shè)計光學(xué)特性的技術(shù)上都有潛能,包括太陽能收集、生物成像和激光?!泵绹〉诎布{大學(xué)化學(xué)家Amar Flood說。他與丹麥哥本哈根大學(xué)的Bo Laursen均為該論文的資深作者。

“除此之外,還有一些有趣的應(yīng)用,包括在太陽能電池中對光進行上轉(zhuǎn)換以捕獲更多的太陽光譜,用于信息存儲和光致變色玻璃的光切換材料以及可用于3D顯示技術(shù)的圓偏振熒光?!盕lood說。

雖然目前有超過10萬種不同的熒光染料可用,但幾乎沒有一種能以可預(yù)測的方式混合和匹配,以制造固體光學(xué)材料。當(dāng)染料進入固態(tài)時,由于緊密排列在一起時的表現(xiàn),它們傾向于經(jīng)歷“猝滅”,從而降低熒光強度,產(chǎn)生更柔和的輝光。

“當(dāng)染料在固體中并肩站立時,染料間的猝滅和耦合問題就出現(xiàn)了。”Flood說,“它們情不自禁地‘觸摸’彼此。就像小孩子坐在那里聽故事一樣,它們互相干擾,不再像個體一樣行事?!?/p>

為了解決這個問題,F(xiàn)lood和同事們將一種有色染料和含有氰星的無色溶液混合。氰星是一種星形的大環(huán)分子,它可以防止熒光分子在混合物凝固時相互作用,保持其完整的光學(xué)特性。當(dāng)混合物變成固體時,SMILES就形成了,然后研究人員將其變成晶體,沉淀成干粉末,最后制成薄膜或直接與聚合物結(jié)合。由于氰星大環(huán)形成了類似棋盤格的構(gòu)建塊,研究人員只需在格子中插入一種染料,無需進一步調(diào)整,結(jié)構(gòu)就會呈現(xiàn)出它的顏色和外觀。


雖然,之前的研究已經(jīng)開發(fā)出利用大環(huán)分子來分隔染料的方法,但它依賴于彩色大環(huán)完成這項工作。Flood 和他的同事發(fā)現(xiàn)無色的大環(huán)是關(guān)鍵。

“有些人認(rèn)為無色大環(huán)沒有吸引力,但是它們允許隔離晶格完全表達染料的明亮熒光,而且不受大環(huán)顏色的阻礙?!盕lood說。

接下來,研究人員計劃探索使用這種新技術(shù)形成的熒光材料的性質(zhì),以便在未來與染料制造商合作時,實現(xiàn)該材料在各種不同應(yīng)用中的全部潛力。

Flood說:“這些材料是全新的,所以我們不知道它們的哪些固有特性能夠提供更好的功能。我們也不知道材料的極限。因此,我們要從根本上了解它的工作原理,并為其創(chuàng)建新屬性提供一套穩(wěn)健的設(shè)計規(guī)則。這對于將這些材料交到他人手中至關(guān)重要——我們希望尋求眾包,并在這方面與他人合作?!?/p>