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
Что такое секс-шантаж и что делать, если вы стали его жертвой Что такое секс-шантаж и что делать, если вы стали его жертвой

Секс-шантаж: кто становится жертвами мошенников чаще всего?

РБК
Планета на песке Планета на песке

Попробуем разобраться в климатической истории планеты Дюна и химии меланжа

ТехИнсайдер
10 современных российских художников, за которыми стоит следить 10 современных российских художников, за которыми стоит следить

Российское современное искусство: на кого обратить внимание?

Правила жизни
Будущее стратегической авиации: B-21 против ПАК ДА Будущее стратегической авиации: B-21 против ПАК ДА

В России и США разрабатываются новые модели стратегических бомбардировщиков

Популярная механика
Птичий нюх Птичий нюх

С обонянием птицам не повезло — во всяком случае, так очень долго думали

Наука и жизнь
Олег Шибанов: «Нейроэкономика и нейрофинансы уже интригуют некоторыми результатами» Олег Шибанов: «Нейроэкономика и нейрофинансы уже интригуют некоторыми результатами»

К чему приведут новые технологии в экономике

РБК
«Ничего не успеваю»: что такое синдром «белого кролика» «Ничего не успеваю»: что такое синдром «белого кролика»

Почему вам постоянно не хватает времени?

Psychologies
«Мне больше не нужно общение с другими девушками»: как и почему рушится дружба между мужчинами и женщинами «Мне больше не нужно общение с другими девушками»: как и почему рушится дружба между мужчинами и женщинами

Почему от нас уходят друзья, которые вступают в отношения?

Psychologies
5 психологических советов, которые помогут пережить боль от разрыва 5 психологических советов, которые помогут пережить боль от разрыва

Как справиться с грустью и перестать обесценивать себя после расставания

Psychologies
Война Алой и Белой розы: из истории термина Война Алой и Белой розы: из истории термина

Как сцена из пьесы стала страницей английской истории

Знание – сила
Механические дрожки уральского мастера Механические дрожки уральского мастера

Заглянем в Зал карет Реставрационно-хранительского центра Эрмитажа

Дилетант
Шутки ради Шутки ради

Что происходит с юмором сегодня и каким он будет завтра?

Men Today
«С женщинами мне как-то проще» «С женщинами мне как-то проще»

Дарья Савельева о своих ролях в двух ярких дебютах 2023 года

Weekend
Удар по почкам. 8 неожиданных привычек, которые могут навредить твоим почкам Удар по почкам. 8 неожиданных привычек, которые могут навредить твоим почкам

Есть привычки, которым мы не придаем значения, но которые вредят нашим почкам

Лиза
Новое место работы. 12 правил успешной адаптации от психолога Новое место работы. 12 правил успешной адаптации от психолога

Как освоиться на новом месте работы и ускорить период адаптации

Лиза
Рустам Айнетдинов: «У образования будущего не будет конечной точки» Рустам Айнетдинов: «У образования будущего не будет конечной точки»

Как нейросети и другие технологии помогут с выбором верного жизненного пути

РБК
Эверест как профессия Эверест как профессия

Высоко над нашими головами скрывается самая труднодоступная страна на планете

Вокруг света
ЛПХ-зависимый агро ЛПХ-зависимый агро

77% сельхозпродукции в Забайкальском крае приходится на хозяйства населения

Агроинвестор
Парк Никола-Ленивец: что делать в Калужской области Парк Никола-Ленивец: что делать в Калужской области

Парк Никола-Ленивец — крупнейший в Европе парк ленд-арта

Psychologies
Сила и мысли Сила и мысли

Чувство мышцы помогает ее растить. Однако есть нюансы

Men Today
Дерби нового света Дерби нового света

Не будем спорить насчет Запада и Востока, а вот Север и Юг однажды сошлись

Вокруг света
Пойдем гулять? Пойдем гулять?

Как защитить собаку на прогулке

Лиза
Любовь, случайности и cash Любовь, случайности и cash

Какие функции всегда должны оставаться за лидером, а какие необходимо передавать

FP. BusinessReview
Восемь с половиной обстоятельств Восемь с половиной обстоятельств

Из каких случайностей возникла опера Генри Пёрселла «Королева фей»

Weekend
Феминизм нежного рода Феминизм нежного рода

Татьяна Антошина: перформативная керамика

Weekend
«Тайны доисторического мира: Удивительные истории из жизни вымерших животных» «Тайны доисторического мира: Удивительные истории из жизни вымерших животных»

Рассказ о млекопитающем, которое охотилось на динозавров

N+1
Квартира для двоих Квартира для двоих

Московская квартира в стиле экошик: натуральные материалы, богатые фактуры

SALON-Interior
Что такое пранаяма и в чем ее польза Что такое пранаяма и в чем ее польза

Как пранаяма может улучшить ваше физическое и ментальное здоровье

РБК
Смертельные пронумерованные Смертельные пронумерованные

«Призрачная станция»: южнокорейский хоррор о призраках в метро

Weekend
Открыть в приложении