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
Механические дрожки уральского мастера Механические дрожки уральского мастера

Заглянем в Зал карет Реставрационно-хранительского центра Эрмитажа

Дилетант
Есть только МиГ Есть только МиГ

Все три года войны центральное место занимало противостояние ВВС СССР и США

Дилетант
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
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
Киборги Киборги

Что если сращивание человека с техникой давно произошло, просто мы не заметили?

Правила жизни
Смерть в Венеции: почему «Киллер» — самый невзрачный фильм Дэвида Финчера (но его все равно стоит ждать) Смерть в Венеции: почему «Киллер» — самый невзрачный фильм Дэвида Финчера (но его все равно стоит ждать)

«Киллер» — технически совершенный, но удивительно монотонный фильм Финчера

Правила жизни
Революция в астрономии XX века Революция в астрономии XX века

Виктор Амбарцумян — основоположник теории астрофизики в СССР

Знание – сила
Руслан Юнусов: «Квантовые технологии затронут все сферы жизни человека» Руслан Юнусов: «Квантовые технологии затронут все сферы жизни человека»

Квантовые технологии могут в будущем перевернуть наше представление о мире

ФедералПресс
Портрет и пейзаж Портрет и пейзаж

Природный ландшафт в оформлении интерьера квартиры в доме в горах

Идеи Вашего Дома
Миссия перевыполнима Миссия перевыполнима

Коммерческий директор Villagio Estate Алексей Коротких привык целиться масштабно

Men Today
Кукла, приятная во всех отношениях Кукла, приятная во всех отношениях

«Барби»: Грета Гервиг монетизирует критику капитализма

Weekend
Врастание машин Врастание машин

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

Weekend
Всеобщий язык Всеобщий язык

Разговор о том, как сохранять внутреннюю свободу и находить опору

Seasons of life
5 наклонностей, которые характеризируют социопатов 5 наклонностей, которые характеризируют социопатов

Как проявляется истинное лицо социопата?

Psychologies
Марс — крестьянам, роботов — рабочим! Марс — крестьянам, роботов — рабочим!

«Кибердеревня»: березапанковская Россия будущего

Weekend
Лунные костюмы Лунные костюмы

Зачем потребовалось перекрашивать скафандр и что нового предложили конструкторы?

ТехИнсайдер
Космическая сила Космическая сила

Почему бы не построить солнечную электростанцию прямо в космосе?

ТехИнсайдер
Работа над ошибками Работа над ошибками

Какую работу над ошибками нужно провести, чтобы сохранить молодость кожи

Добрые советы
Автомобили Автомобили

Лимитированные версии и прорывные технологии в автомобильной сфере

Robb Report
«Каждая кредитная сделка — вклад в развитие экономики региона» «Каждая кредитная сделка — вклад в развитие экономики региона»

Как малый и средний бизнес занимает новые ниши экономики

Деньги
«Иногда к нам относятся так, будто мы занимаемся фриковством» «Иногда к нам относятся так, будто мы занимаемся фриковством»

«За каждой народной песней стоит человеческая история»

OK!
Создатель андроида Fedor: «Робот станет ассистентом» Создатель андроида Fedor: «Робот станет ассистентом»

Какие технологические прорывы нас ждут в области робототехники?

ФедералПресс
Законное преступление: Как зарабатывают миллионы на фотографиях в интернете Законное преступление: Как зарабатывают миллионы на фотографиях в интернете

В России набирает обороты новая схема заработка на фотографиях в интернете

ФедералПресс
В офис в тапочках В офис в тапочках

7 лучших профессий для удаленной работы

Лиза
Осторожно: псевдопсихолог! Осторожно: псевдопсихолог!

Выдуманные заболевания, которые могут тебе приписать

Лиза
Мой мальчик Мой мальчик

Пары, в которых мужчина заметно моложе женщины, вызывают неоднозначную реакцию

VOICE
Иммерсивное движение: какие перспективы у трансляций спорта в виртуальной реальности Иммерсивное движение: какие перспективы у трансляций спорта в виртуальной реальности

Как дополненная и виртуальная реальность входят в нашу повседневность

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

Кирилл Кто: языки улицы

Weekend
Солидная история Солидная история

Как развивался фондовый рынок России на протяжении 30 лет

РБК
Открыть в приложении