Как управлять люминесценцией?

НаукаНаука

Больше света

Записали Ольга Грибова и Петр Хромых

Задача лаборатории — повысить эффективность люминесценции материалов на основе редких земель. Фото: предоставлено лабораторией «Молекулярной спектроскопии люминесцентных материалов» Физического института имени П. Н. Лебедева

Создать вещество, которое будет хорошо светиться — или, по-научному, люминесцировать,— уже сама по себе непростая задача. Хотя к настоящему времени таких веществ известно много. Но понять, отчего оно светится именно так, а не иначе, и как сделать так, чтобы оно светилось лучше,— это большой комплекс научных задач. Над их решением работают сотрудники лаборатории «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» Физического института имени П. Н. Лебедева. Как управлять люминесценцией, рассказал «Ъ-Науке» ведущий научный сотрудник ФИАНа, доктор химических наук Илья Тайдаков.

Оптические антенны

В 1940-х годах было показано, что если добавить к чистому иону лантаноида определенные органические молекулы, то эти молекулы образуют с ним связь и получится так называемое координационное соединение. За счет чего это происходит? Координационные соединения состоят из центрального атома и связанных с ним молекул или ионов — лигандов. Центральный атом — как правило, положительно заряженный ион; лиганды в координационных соединениях имеют отрицательный заряд.

Центральный ион принимает электронные пары лиганда — и между ними образуется координационная, или донорно-акцепторная связь. Органические молекулы, в отличие от ионов лантаноидов, поглощают свет хорошо: можно добиться, чтобы органическая часть соединения поглощала свет и передавала энергию на центральный ион. Получается своеобразный световой комбайн, который люминесцирует гораздо эффективнее, чем свободный ион лантаноида.

Можно представить себе, что ион лантаноида — это радиоприемник. Чтобы приемник уверенно улавливал сигнал, нужна антенна. Органическая обвязка иона лантаноида служит такой оптической антенной, а процесс передачи энергии так и называется: антенный эффект. Разумеется, эти процессы не происходят сами собой, нужно подобрать условия: органическая часть молекулы должна быть устроена определенным образом, чтобы она эффективно связывалась с ионом, чтобы передача энергии была эффективной, а потери энергии — минимальными. Люминесцентные свойства самих лантаноидов варьируются, и хотя вещества на их основе можно модифицировать связями с органикой и ионами металлов, немаловажно и то, ион какого из лантаноидов взять за основу координационного соединения. Ученые лаборатории используют главным образом европий и тербий. Из всех ионов лантаноидов у них наиболее яркая видимая люминесценция. У европия — красная, у тербия — зеленая. Изучаются соединения и других лантаноидов, например, иттербия или неодима, обладающие невидимой человеческим глазом люминесценцией в ближней инфракрасной области спектра.

Помимо того что ион европия дает наибольшую яркость, он также уникален тем, что, исследуя его спектр, можно получить много информации о передаче энергии во всем соединении.

Фторные «подвески»

В контексте люминесцентных координационных соединений введение атомов фтора в такие молекулы интересно по двум причинам.

Во-первых, фтор по своим свойствам несколько похож на водород. За счет этого связь углерода с водородом (C-H), лежащую в основе большинства органических соединений, зачастую можно (по крайней мере, теоретически) заместить связью со фтором (C-F). Фторорганические соединения — целый мир, и он неплохо исследован. Есть много любопытных материалов на их основе. Например, тефлон — это полностью фторированный полиэтилен: если весь водород в полиэтилене заменить на атомы фтора, то и получится тефлон. Был мягкий термопластичный полимер, не очень стойкий химически, а получился абсолютно другой материал, который обладает выдающейся химической и термической стойкостью.

Для других соединений такой эффект может быть не столь ярко выражен, частичная замена атомов водорода на фтор слабо меняет физические (и даже частично химические) свойства лигандов, но может сильно изменять их фотофизические характеристики. Это важно, так как позволяет создавать ряды комплексных соединений с одинаковой (или максимально схожей) химической структурой, при этом плавно подстраивая их оптические характеристики.

Для тех классов люминесцирующих соединений, которыми занимаются в лаборатории (в большинстве комплексы лантаноидов с так называемыми бета-дикетонатными лигандами, то есть органическими молекулами, содержащими две карбонильные группы — две связи углерода с кислородом C=O, — и разделенные связью CH2), введение атомов фтора, как правило, ведет к изменению их люминесцентных свойств.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Диван желаний Диван желаний

Татьяна Бабенкова из сериала и фильма «Полицейский с Рублевки»

Maxim
Почему мы сожалеем о разводе: 3 основные причины Почему мы сожалеем о разводе: 3 основные причины

Что мешает разведенным людям радоваться новой жизни?

Psychologies
Как знать Как знать

Какую династию можно считать успешной? Самую богатую, самую известную?

Правила жизни
«Трудно современному писателю, особенно русскому, быть покойным» «Трудно современному писателю, особенно русскому, быть покойным»

Иван Тургенев о том, как оставаться актуальным русским писателем даже вне России

Weekend
Симулятор войны Симулятор войны

Современные дети не играют в войну, зато в нее играют их родители

Популярная механика
Не такие, как мы Не такие, как мы

Странные привычки китайцев, которые тебя удивят

Лиза
Есть варианты. 10 альтернатив прикроватной тумбочке для маленькой спальни Есть варианты. 10 альтернатив прикроватной тумбочке для маленькой спальни

Прикроватная тумбочка нужна в каждой спальне. Но чем ее можно заменить?

Лиза
8 русских сказок, у которых на самом деле иностранные корни 8 русских сказок, у которых на самом деле иностранные корни

На какие иностранные произведения опирались русские авторы сказок?

Культура.РФ
«Перестаньте искать предназначение!»: 3 фактора, которые нужно иметь в виду «Перестаньте искать предназначение!»: 3 фактора, которые нужно иметь в виду

Заигравшись в поиски себя, можно пропустить настоящую жизнь

Psychologies
В воздухе, в воде и под землей: экспансия дронов как наступившая реальность В воздухе, в воде и под землей: экспансия дронов как наступившая реальность

«Как я стал «дроноводом»? Сказалось давнее увлечение всем «железным»

ФедералПресс
«Задавать вопросы — творческий труд». Отрывок из книги «Метод Сократа» «Задавать вопросы — творческий труд». Отрывок из книги «Метод Сократа»

Как задавать вопросы по методу Сократа

СНОБ
Осенние маршруты. ТОП-5 идей на уикенд Осенние маршруты. ТОП-5 идей на уикенд

Отправляйся путешествовать – в поисках идеальной осени!

Лиза
Доктор и политик: как Анна Шабанова боролась за право работать и голосовать Доктор и политик: как Анна Шабанова боролась за право работать и голосовать

Анна Шабанова: одна из первых женщин-врачей и феминисток России?

Forbes
«Мы строим новую экономику»: Игнат Петухов о развитии Оренбуржья «Мы строим новую экономику»: Игнат Петухов о развитии Оренбуржья

Оренбургская область из «аутсайдеров» вырывается в «динамично развивающиеся»

ФедералПресс
Нежный возраст Нежный возраст

Лучшие идеи для обустройства и оформления детской комнаты

Добрые советы
Играющие резиденты: зачем теннисистам личный бухгалтер Играющие резиденты: зачем теннисистам личный бухгалтер

Почему теннисисты могут отказаться от турнира из-за налогов?

Forbes
Как сохранить здоровье сердца? Как сохранить здоровье сердца?

Полезными привычками и идеальным рационом для здоровья сердца делится эксперт

Здоровье
Новый Вавилон Новый Вавилон

В любой непонятной ситуации нужно строить что-нибудь колоссальное

ТехИнсайдер
Осторожно: псевдопсихолог! Осторожно: псевдопсихолог!

Выдуманные заболевания, которые могут тебе приписать

Лиза
Седой Адам Драйвер в гонке со смертью: каким получился «Феррари» Майкла Манна Седой Адам Драйвер в гонке со смертью: каким получился «Феррари» Майкла Манна

«Феррари»: каким получился фильм про роковую страсть к гонкам

Forbes
Что можно найти на дне Байкала: дома и поезда Что можно найти на дне Байкала: дома и поезда

Как сейчас выглядит дно самого глубокого озера на планете?

ФедералПресс
Смерть в Венеции: почему «Киллер» — самый невзрачный фильм Дэвида Финчера (но его все равно стоит ждать) Смерть в Венеции: почему «Киллер» — самый невзрачный фильм Дэвида Финчера (но его все равно стоит ждать)

«Киллер» — технически совершенный, но удивительно монотонный фильм Финчера

Правила жизни
Пограничное состояние Пограничное состояние

Как криптобиржи помогут обойти санкции

FP. BusinessReview
Что произойдет с телом, если забеременеть сразу после увеличения груди: хирург рассматривает случай Анастасии Костенко Что произойдет с телом, если забеременеть сразу после увеличения груди: хирург рассматривает случай Анастасии Костенко

Как беременность может сказаться на пластике груди? Случай Анастасии Костенко

VOICE
Авиация Авиация

Рекордно просторные салоны, близкая к рекордной скорость плюс забота об экологии

Robb Report
О моделировании искусственного мозга: «Ученые столкнутся с этическими проблемами» О моделировании искусственного мозга: «Ученые столкнутся с этическими проблемами»

О чем думает искусственно выращенный «мозг»?

ФедералПресс
Покровительница Волги: 10 мест, которые стоит посетить в Чувашии Покровительница Волги: 10 мест, которые стоит посетить в Чувашии

Культурные и природные достопримечательности Чувашии

ФедералПресс
Трехмерные художники Трехмерные художники

Почему не «выстрелили» программы для рисования в трех измерениях?

ТехИнсайдер
Портрет и пейзаж Портрет и пейзаж

Природный ландшафт в оформлении интерьера квартиры в доме в горах

Идеи Вашего Дома
Атмосфера дзен Атмосфера дзен

Актуальный микс современности и классики с природными мотивами

Идеи Вашего Дома
Открыть в приложении