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
Он такой один Он такой один

История культовой красно-белой «десятки»

Автопилот
Тихие американцы Тихие американцы

Что ждет коренных американцев в будущем?

Вокруг света
Сибирский вайб: 5 перспективных молодых артистов из северного региона Сибирский вайб: 5 перспективных молодых артистов из северного региона

Фрэшмены из Сибири, имеющие все шансы стать звездами

Maxim
Робот-буровик и атомный катамаран Робот-буровик и атомный катамаран

Как уникальный опыт России поможет продвинуться в изучении Арктики

Популярная механика
Почему у пожилых людей уменьшается рост? Почему у пожилых людей уменьшается рост?

Что такое остеопороз и как он влияет на рост пожилых людей?

ТехИнсайдер
Пропаганда как свидетельство Пропаганда как свидетельство

6 фильмов, в которых старые кадры разоблачают своих героев и заказчиков

Weekend
Алан Тьюринг Алан Тьюринг

Правила жизни математика, логика, криптографа Алана Тьюринга

Правила жизни
Радиоактивность, которая лечит Радиоактивность, которая лечит

Ядерная медицина — одно из наиболее динамично развивающихся направлений науки

Наука
«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
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
Открыто Открыто

Разговор с Авиве Левинсон о семье и фестивале Open House

Seasons of life
Что угрожает нашему интеллекту? Что угрожает нашему интеллекту?

Человечество на вершине интеллектуального потенциала! Но что нас ждёт впереди?

Здоровье
Гонка со временем Гонка со временем

Что происходит в российском автоспорте?

Men Today
Сдвинувший материки Сдвинувший материки

Альфред Вегенер – человек, понявший, что континенты движутся

Вокруг света
Повторится ли дефолт 1998 года: размышления экономиста Повторится ли дефолт 1998 года: размышления экономиста

Насколько справедливы исторические параллели и к чему готовиться россиянам

ФедералПресс
Тревожные люди Тревожные люди

Почему пропадают месячные, куда уходит либидо и как стресс влияет на зачатие

VOICE
Золотой Плёс Золотой Плёс

Приехать в Плес и не влюбиться в него невозможно!

Лиза
10 сериалов про российскую глубинку: от Ангарска до Мурманска 10 сериалов про российскую глубинку: от Ангарска до Мурманска

Рассказываем о сериалах про города России, до которых мы сами никогда не доедем

Maxim
Любимец нации Любимец нации

Заметки по случаю дня рождения Остапа Сулеймана Берта-Мария Бендер-бея

Знание – сила
Время доставки Время доставки

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

VOICE
От секса до любви От секса до любви

Возможна ли любовь без секса и секс без любви?

Men Today
Как инвестбанкир Евгений Коган стал медиаперсоной и зарабатывает на личном бренде Как инвестбанкир Евгений Коган стал медиаперсоной и зарабатывает на личном бренде

Как инвестбанкир Евгений Коган стал главной финансовой звездой в Telegram

Forbes
Олег Кожемяко: «Приморье преодолело негативные последствия санкций» Олег Кожемяко: «Приморье преодолело негативные последствия санкций»

Приморский край играет ведущую роль в объявленном президентом курсе на Восток

ФедералПресс
Лунные костюмы Лунные костюмы

Зачем потребовалось перекрашивать скафандр и что нового предложили конструкторы?

ТехИнсайдер
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
Что произойдет с вашим телом, если отказаться от молока: поразительно! Что произойдет с вашим телом, если отказаться от молока: поразительно!

Исключение молока из рациона может иметь интересные последствия для организма

ТехИнсайдер
Мария Шумакова: «В 30 лет, как только я разобралась в себе, у меня началась счастливая жизнь» Мария Шумакова: «В 30 лет, как только я разобралась в себе, у меня началась счастливая жизнь»

Люди, которые не видели меня восемь лет, говорят: «Ничего себе! Ты другая!»

Коллекция. Караван историй
Лицо в точечку Лицо в точечку

Новообразования на коже доставляют много неудобств. Как с ними быть?

Лиза
Как отказать абьюзеру: техника от психолога Как отказать абьюзеру: техника от психолога

Как действовать, если в вашем окружении обнаружился абьюзер?

Psychologies
Открыть в приложении