科學研究：最明亮的熒光材料誕生

圖片展示了3D打印出來的螺旋二十四面體，里面用到的正是明亮的SMILES材料。圖片來源：Amar Flood
一篇發(fā)表在《化學》（Chem）期刊上的研究報告說，研究人員將帶正電荷的熒光染料配制成一類新型材料，名為小分子離子隔離晶格（small-molecule ionic isolation lattices，簡稱SMILES），制成的化合物光芒燦爛，可無縫轉化為固體結晶態(tài)。該成果進一步克服了研發(fā)熒光固體材料長久以來一直面對的障礙，制造出迄今為止最明亮的熒光材料。
“這些材料有潛力應用于要求使用明亮的熒光，或者要求光學特性設計的任何技術，包括太陽能收集、生物成像和激光器等?！盇mar Flood講道，他是印第安納大學（Indiana University）的化學家，與哥本哈根大學（University of Copenhagen）的Bo Laursen同為該研究的資深合作者。
“除此之外，（該材料）還有其他有趣的應用價值，包括向上轉換光以捕獲太陽能電池中更多的太陽能光譜，用于信息儲存和光致變色玻璃的光切換材料，還可用于3D顯示技術的圓偏振發(fā)光。”Flood補充道。


圖片來源：Pixabay
盡管目前可用到的不同熒光染料數(shù)目超過10萬種，但是，幾乎沒有一種能夠以可預測的方式混合匹配，以創(chuàng)造出固體光學材料。染料在轉化成固態(tài)時會經(jīng)歷“淬滅”（quenching），這一過程是由它們緊密排列時的行為導致的，會降低自身熒光的強度，產(chǎn)生一種更加柔和的光。
“當染料緊密排列在固體中時，會發(fā)生淬滅和染料耦合問題。”Flood解釋說，“染料就是會相互接觸。這就好像坐在一起聽故事的小孩子們，他們相互干擾，不再表現(xiàn)出個體行為。”


圖片來源：Pixabay
為了克服這一問題，F(xiàn)lood和同事們將彩色染料與氰星（cyanostar）的無色溶液混合在一起，氰星是一種星形大環(huán)分子，可防止熒光分子在混合材料固化過程中相互作用，從而保持各自完整的光學特性。隨著混合物變成固體，SMILES由此形成，接下來，研究人員使其生長成晶體，再經(jīng)歷沉淀變成干粉，最后紡成薄膜或者直接摻入聚合物中。由于氰星大分子環(huán)形成了能夠生成晶格狀縱橫交錯排列的構建塊，研究人員就很容易地將染料插入晶格中，無需進一步的調整，結構將表現(xiàn)出自己的色彩和外觀。
盡管先前的研究早已研發(fā)出使用大環(huán)分子隔離染料的方法，但那是依靠有色大分子來完成的。Flood和同事發(fā)現(xiàn)，無色大環(huán)分子才是關鍵。
“一些人認為，無色大環(huán)分子沒有吸引力，但它們能夠讓隔離晶格充分展現(xiàn)出染料明亮的熒光色，且不受大環(huán)分子色彩的影響?！?br> 接下來，研究人員計劃探查新技術產(chǎn)生的熒光材料特性，以便將來染料制造商能夠使用這種材料，實現(xiàn)在不同領域內的全面應用潛力。
“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加高級的功能?！盕lood說，“我們也不知道材料的局限性。所以，我們將會從基礎上理解它們的運作機制，提供穩(wěn)健的設計規(guī)則，創(chuàng)造全新特性。在將材料交到其他人手上之前，這些工作非常關鍵，我們希望展開眾包研究，和其他人一起努力探索?！?br> 翻譯：阿金
審校：戚譯引
引進來源：Cell Press
引進鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/cp-cct073020.php
本文來自：環(huán)球科學



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