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
Промышленным гигантам нужны ферменты Промышленным гигантам нужны ферменты

Ученые создали новую технологию получения ферментов для промышленности

Наука
Торговля откалибрует фермерскую картошку Торговля откалибрует фермерскую картошку

Зачем крупнейшие российские ретейлеры открывают агроагрегаторы

Монокль
Джанхотская усадьба братьев Короленко: история и современность Джанхотская усадьба братьев Короленко: история и современность

Джанхотская усадьба братьев Короленко воссоздает дух ушедшей эпохи

Знание – сила
Мезозойская морская революция: борись или умри Мезозойская морская революция: борись или умри

Каким было грандиозное событие, вызвавшее перестройку всех морских экосистем?

Наука и техника
IQ идет в рост IQ идет в рост

Статья для желающих обзавестись десятком-другим дополнительных «умственных сил»

Лиза
Полезные бактерии. 5 простых способов восстановить микробиом кишечника Полезные бактерии. 5 простых способов восстановить микробиом кишечника

Налаженная работа пищеварительных органов – основа хорошего самочувствия

Лиза
Дерьмово выглядишь Дерьмово выглядишь

Как и зачем животные и растения притворяются экскрементами

N+1
Анна Меркулова: «Развитие метростроительства связано с цифровизацией» Анна Меркулова: «Развитие метростроительства связано с цифровизацией»

Как развивается транспортная инфраструктура в регионах

РБК
Животный мир Животный мир

Как вписать анималистический принт в интерьер, чтобы это не выглядело безвкусным

Лиза
Как в оранжерее Как в оранжерее

Лучшая гарантия здорового роста комнатных растений – своевременный уход

Лиза
Техника для мойки окон: какой бывает и чем отличается Техника для мойки окон: какой бывает и чем отличается

Можно ли как-то облегчить себе мытье окон?

CHIP
Пита в кармане Пита в кармане

Как добавить в блюдо кусочек солнца? Рассказывает шеф ресторана «Мизнон»

Seasons of life
Благоустройство северных городов: особенности, которые стоит учесть Благоустройство северных городов: особенности, которые стоит учесть

О впечатлениях от города Якутска и существующих проблемах

ФедералПресс
Это мы не проходили Это мы не проходили

Высшее образование становится бессмысленным, но учиться приходится всю жизнь

Men Today
Как быстро избавиться от синяка: 8 эффективных методов Как быстро избавиться от синяка: 8 эффективных методов

Домашние средства, которые ускорят заживление синяка

ТехИнсайдер
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

Что ели русские крестьяне, кто изобрел алфавит и другие вопросы и ответы

Вокруг света
Жить как в отеле «пять звёзд» Жить как в отеле «пять звёзд»

Воздушный и роскошный интерьер в квартире

Идеи Вашего Дома
Взгляд на город Взгляд на город

Борис Уборевич-Боровский об урбанизме, приватности и человеческом факторе

SALON-Interior
Кто и зачем покупает премиальную недвижимость в Москве Кто и зачем покупает премиальную недвижимость в Москве

Почему желающих вложить миллионы в трофейные московские метры по-прежнему много

СНОБ
Инвестиции в ИИ: как заработать на инновациях Инвестиции в ИИ: как заработать на инновациях

В акции каких игроков на рынке ИИ лучше всего вложиться?

ФедералПресс
Сезон открытий Сезон открытий

Программа минимум в Астраханской области: Волга, вобла и арбузы

Лиза
Сплю и худею Сплю и худею

11 привычек, которые помогают сбрасывать вес даже ночью

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
С видом на город С видом на город

Интерьер, оформленный в современной эстетике

Идеи Вашего Дома
Загадка сексуальности: чем женское либидо отличается от мужского Загадка сексуальности: чем женское либидо отличается от мужского

Как жизненные изменения сказываются на нашем либидо?

Psychologies
Личные границы Личные границы

Каким должен быть забор между соседями в частном доме по закону

Лиза
Эротический покер: подборка из 5 игр, которые помогут оживить интимную жизнь Эротический покер: подборка из 5 игр, которые помогут оживить интимную жизнь

Чувствуете, что романтика и огонь страстей покинули вашу спальню?

Psychologies
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
Что делать, если подозреваешь у себя дефицит витамина D и почему нельзя принимать его без врача? Что делать, если подозреваешь у себя дефицит витамина D и почему нельзя принимать его без врача?

Как безопасно восполнять витамин D?

VOICE
Открыть в приложении