Formulando coloranti fluorescenti caricati positivamente in una nuova classe di materiali chiamati reticoli di isolamento ionico a piccole molecole (SMILES), il bagliore brillante di un composto può essere trasferito senza soluzione di continuità in un solido, stato cristallino, i ricercatori riportano il 6 agosto sulla rivista chimica . Il progresso supera una barriera di vecchia data allo sviluppo di solidi fluorescenti, risultando nei materiali conosciuti più brillanti esistenti.

"Questi materiali hanno potenziali applicazioni in qualsiasi tecnologia che richieda una fluorescenza brillante o richieda la progettazione di proprietà ottiche, compresa la raccolta di energia solare, bioimmagini, e laser, "dice Amar Flood, un chimico all'Università dell'Indiana e co-autore senior dello studio insieme a Bo Laursen dell'Università di Copenhagen.

"Al di là di questi, ci sono applicazioni interessanti che includono la conversione della luce per catturare più dello spettro solare nelle celle solari, materiali a luce commutabile utilizzati per l'archiviazione delle informazioni e vetro fotocromatico, e luminescenza polarizzata circolarmente che può essere utilizzata nella tecnologia di visualizzazione 3D, "Dice Flood.

Mentre ci sono attualmente più di 100, 000 diversi coloranti fluorescenti disponibili, quasi nessuno di questi può essere mescolato e abbinato in modi prevedibili per creare materiali ottici solidi. I coloranti tendono a subire "tempra" quando entrano in uno stato solido a causa di come si comportano quando sono imballati vicini, diminuendo l'intensità della loro fluorescenza per produrre un bagliore più tenue.

"Il problema della tempra e dell'accoppiamento tra coloranti emerge quando i coloranti stanno spalla a spalla all'interno di solidi, " dice Flood. "Non possono fare a meno di 'toccarsi' l'un l'altro. Come i bambini seduti al momento della storia, interferiscono tra loro e smettono di comportarsi come individui."

Per superare questo problema, Flood e colleghi hanno mescolato un colorante colorato con una soluzione incolore di cyanostar, una molecola macrociclo a forma di stella che impedisce alle molecole fluorescenti di interagire mentre la miscela si solidifica, mantenendo intatte le loro proprietà ottiche. Quando la miscela diventa solida, SORRISI formati, che i ricercatori hanno poi trasformato in cristalli, precipitato in polveri secche, e infine filata in un film sottile o incorporata direttamente nei polimeri. Poiché i macrocicli cyanostar formano blocchi che generano una scacchiera simile a un reticolo, i ricercatori potrebbero semplicemente inserire un colorante nel reticolo e, senza ulteriori aggiustamenti, la struttura ne assumerebbe il colore e l'aspetto.

Mentre la ricerca precedente aveva già sviluppato un approccio per distanziare i coloranti utilizzando molecole di macrociclo, si basava su macrocicli colorati per svolgere il lavoro. Flood e colleghi hanno scoperto che i macrocicli incolori erano fondamentali.

"Alcune persone pensano che i macrocicli incolori non siano attraenti, ma hanno permesso al reticolo di isolamento di esprimere pienamente la brillante fluorescenza dei coloranti svincolata dai colori dei macrocicli, "dice Flood.

Prossimo, i ricercatori hanno in programma di esplorare le proprietà dei materiali fluorescenti formati utilizzando questa nuova tecnica, consentendo loro di lavorare con i produttori di coloranti in futuro per realizzare il pieno potenziale dei materiali in una varietà di applicazioni diverse.

"Questi materiali sono totalmente nuovi, quindi non sappiamo quali delle loro proprietà innate offriranno effettivamente funzionalità superiori, " dice Flood. "Anche noi non conosciamo i limiti dei materiali. Così, svilupperemo una comprensione fondamentale di come funzionano, fornendo un solido insieme di regole di progettazione per creare nuove proprietà. Questo è fondamentale per mettere questi materiali nelle mani di altri:vogliamo perseguire il crowdsourcing e lavorare con gli altri in questo sforzo".