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
Была бы лодка Была бы лодка

Changan CS35 Plus и путешествия по воде

Автопилот
«Тушкино семейство» «Тушкино семейство»

Ту-204 – среднемагистральный пассажирский самолет

Наука и техника
Почему мы сожалеем о разводе: 3 основные причины Почему мы сожалеем о разводе: 3 основные причины

Что мешает разведенным людям радоваться новой жизни?

Psychologies
45 в «кубе» 45 в «кубе»

За что мы любим «Гелендваген»

Автопилот
Марвин Марвин

Правила жизни параноидального андроида Марвина

Правила жизни
Искусство самопрезентации: как научиться рассказывать о себе в любой ситуации Искусство самопрезентации: как научиться рассказывать о себе в любой ситуации

Как правильно преподнести себя во время переговоров и на собеседовании

Forbes
Верность навсегда: миф или реальность Верность навсегда: миф или реальность

Возможно ли сохранить любовь и верность на протяжении всей жизни?

Лиза
Атмосфера дзен Атмосфера дзен

Актуальный микс современности и классики с природными мотивами

Идеи Вашего Дома
Слово, которое гуляет не само по себе Слово, которое гуляет не само по себе

Кирилл Кто: языки улицы

Weekend
От Вологды до Мурманска: как женщины управляют региональными ателье по всей стране От Вологды до Мурманска: как женщины управляют региональными ателье по всей стране

Предпринимательницы из разных городов, которые вопреки всему развивают ателье

Forbes
В стиле рока В стиле рока

Развитие музыки всегда идет рука об руку с модой

Men Today
Лесные барабанщики Лесные барабанщики

Лес в середине лета затихает, но только кажется безжизненным

Наука и жизнь
«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
Пограничное состояние Пограничное состояние

Как криптобиржи помогут обойти санкции

FP. BusinessReview
Если стирка не спасла: как избавиться от стойкого химического запаха новой одежды Если стирка не спасла: как избавиться от стойкого химического запаха новой одежды

Как в домашних условиях избавиться от резкого аромата новой одежды

ТехИнсайдер
Как связаны принцессы Диснея и самооценка детей: интересное исследование! Как связаны принцессы Диснея и самооценка детей: интересное исследование!

Как дети выбирают любимых принцесс и что это о них говорит?

ТехИнсайдер
Почему у коршуна острое зрение Почему у коршуна острое зрение

Какие же особенности глаза позволяют птицам так хорошо видеть?

Наука и жизнь
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
Приданое, колдовство, ненависть: что такое фемицид и за что убивают женщин Приданое, колдовство, ненависть: что такое фемицид и за что убивают женщин

Фемицид: что это такое и как на убийства женщин реагирует общество?

Forbes
За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие) За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие)

Задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать

Наука и жизнь
АПК зовут в Африку АПК зовут в Африку

В чем потенциал сотрудничества со странами Африканского континента

Агроинвестор
Евгений Липовицкий: Как я открыл вселенную автохимии Евгений Липовицкий: Как я открыл вселенную автохимии

Таинственный мир моторных масел, допусков, сертификаторов и других жидкостей

4x4 Club
Анна Хилькевич: «То, что нам нужно, обязательно придет» Анна Хилькевич: «То, что нам нужно, обязательно придет»

Актриса Анна Хилькевич уже вышла навстречу всему хорошему

VOICE
«Я за то, чтобы жить настоящим» «Я за то, чтобы жить настоящим»

С Камилем Лариным мы поговорили о его новой роли, роботах и спорах с Siri

Лиза
Медведев проиграл в финале: как он извлекал пользу и деньги из прошлых поражений Медведев проиграл в финале: как он извлекал пользу и деньги из прошлых поражений

Как на Даниила Медведева и его карьеру влияли поражения в «мэйджорах»

Forbes
Любовь, случайности и cash Любовь, случайности и cash

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

FP. BusinessReview
С видом на город С видом на город

Интерьер, оформленный в современной эстетике

Идеи Вашего Дома
Отдохни еще немного Отдохни еще немного

Кому полагается дополнительный отпуск и при каких условиях

Лиза
Яндекс.Маршрутизация и тренды в логистике: «Придут роботы и квадрокоптеры» Яндекс.Маршрутизация и тренды в логистике: «Придут роботы и квадрокоптеры»

Тихон Рощупкин о создании проектов и трендах в современной логистике

ФедералПресс
Открыть в приложении