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
«Любовь — это еще не все»: 3 горькие истины «Любовь — это еще не все»: 3 горькие истины

Любовь — не лекарство от всех болезней и не решение всех проблем

Psychologies
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

Актриса, певица, дива, Самбурская, Настасья – все это о ней

Maxim
Алла Юганова: «Со мной никому не бывает скучно» Алла Юганова: «Со мной никому не бывает скучно»

Алла Юганова — о том, за что любит профессию и как подчеркнуть женственность

Здоровье
«Экономическое образование должно быть направлено на благо людей и планеты» | “Economic Education Must Be for the Good of the People and the Planet” «Экономическое образование должно быть направлено на благо людей и планеты» | “Economic Education Must Be for the Good of the People and the Planet”

Интервью с Сонал Рагхуванши, движение Economists for Future

Позитивные изменения
Рестораны Рестораны

Главные герои московской гастрономической сцены

Robb Report
Если мир опрокинется Если мир опрокинется

Окончание фантастического рассказа Елены Ворон

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
Почему мы сталкиваемся с одними и теми же проблемами в отношениях: 3 причины Почему мы сталкиваемся с одними и теми же проблемами в отношениях: 3 причины

Почему у некоторых в отношениях постоянно повторяются нездоровые сценарии?

Psychologies
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
В офис в тапочках В офис в тапочках

7 лучших профессий для удаленной работы

Лиза
Это мы не проходили Это мы не проходили

Высшее образование становится бессмысленным, но учиться приходится всю жизнь

Men Today
Стесняюсь спросить: как руководителю решать конфликты в коллективе? Стесняюсь спросить: как руководителю решать конфликты в коллективе?

Как управлять конфликтами в команде?

Правила жизни
Время доставки Время доставки

Можно ли на самом деле обуздать свою страсть к онлайн-шопингу?

VOICE
Коррупционеры в белоснежных тогах: верно ли мы думаем о Римской империи? Коррупционеры в белоснежных тогах: верно ли мы думаем о Римской империи?

Путешествие в мир алчности и бесстыдства Римской империи

Правила жизни
«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
Музей на свалке Музей на свалке

Экспозицию этого музея сравнивают с машиной времени

Отдых в России
Татьяна Правдина: «Когда Зяма смотрел свои фильмы, всегда говорил: «Это — не то!» Татьяна Правдина: «Когда Зяма смотрел свои фильмы, всегда говорил: «Это — не то!»

Актеру Зиновию Гердту было 44 года, а переводчице Татьяне Правдиной — 32

Коллекция. Караван историй
Привлечь и удержать Привлечь и удержать

Кадровая проблема в АПК остается системной

Агроинвестор
«Беременность на колесиках»: почему модные методики зачатия не работают — разоблачение от врача-гинеколога «Беременность на колесиках»: почему модные методики зачатия не работают — разоблачение от врача-гинеколога

Как женщины сами мешают себе забеременеть — с научной точки зрения

VOICE
Пессимизм в одной отдельной взятой стране Пессимизм в одной отдельной взятой стране

Художник Иван Дубяга: поэзия в живописи

Weekend
Выйти за рамки Выйти за рамки

Пять новых книг о креативности в 2023 году

FP. BusinessReview
Солидная история Солидная история

Как развивался фондовый рынок России на протяжении 30 лет

РБК
Врастание машин Врастание машин

«Конец индивидуума»: чем нам на самом деле грозит искусственный интеллект

Weekend
Ямальских овцебыков отправили на колыму Ямальских овцебыков отправили на колыму

14 полугодовалых овцебыков будут обживать колымскую тундру

ФедералПресс
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
Экономические тяжеловесы Оренбуржья: 10 крупнейших предприятий области Экономические тяжеловесы Оренбуржья: 10 крупнейших предприятий области

Оренбургская область — край, богатый ископаемыми ресурсами

ФедералПресс
Слово, которое гуляет не само по себе Слово, которое гуляет не само по себе

Кирилл Кто: языки улицы

Weekend
5 самых распространенных проблем со стопами — почему они возникают и что с ними делать 5 самых распространенных проблем со стопами — почему они возникают и что с ними делать

Пять самых распространенных подологических патологий

VOICE
Как понять, что мужчина женат Как понять, что мужчина женат

7 признаков, которые выдают изменщика

Лиза
Открыть в приложении