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
Трехмерные художники Трехмерные художники

Почему не «выстрелили» программы для рисования в трех измерениях?

ТехИнсайдер
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
Что произойдет с телом, если забеременеть сразу после увеличения груди: хирург рассматривает случай Анастасии Костенко Что произойдет с телом, если забеременеть сразу после увеличения груди: хирург рассматривает случай Анастасии Костенко

Как беременность может сказаться на пластике груди? Случай Анастасии Костенко

VOICE
Из жизни галактик Из жизни галактик

Во Вселенной существует множество галактик, и каждая из них особенная

Наука и жизнь
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
Десять лет — Восток нормальный Десять лет — Восток нормальный

Как изменился Дальний Восток за десять лет?

FP. BusinessReview
Алкуин и Каролингское возрождение Алкуин и Каролингское возрождение

Как спасти из мрачной бездны неведения культуру Западной Римской империи?

Знание – сила
Пессимизм в одной отдельной взятой стране Пессимизм в одной отдельной взятой стране

Художник Иван Дубяга: поэзия в живописи

Weekend
«Солнечные космические лучи — моя любовь…» «Солнечные космические лучи — моя любовь…»

Галина Базилевская об исследованиях физики Солнца и космических лучей

Наука и жизнь
Андрей Лихачев: «Технологии просочатся за пределы мегапроектов» Андрей Лихачев: «Технологии просочатся за пределы мегапроектов»

Как сделать города по-настоящему «умными» и зелеными?

РБК
Управляющий директор Okkam Creative Ольга Петрова: Люди привыкли доверять советам других людей Управляющий директор Okkam Creative Ольга Петрова: Люди привыкли доверять советам других людей

Интервью с управляющим директором Okkam Creative Ольгой Петровой

СНОБ
Восемь с половиной обстоятельств Восемь с половиной обстоятельств

Из каких случайностей возникла опера Генри Пёрселла «Королева фей»

Weekend
Ну, приехали! Ну, приехали!

Как привести себя в порядок после отпуска и провести необходимый детокс?

Добрые советы
«Рынок серьезно изменился, прежние правила игры уже не актуальны» «Рынок серьезно изменился, прежние правила игры уже не актуальны»

СЕО банка «Точка» Андрей Завадских об адаптации банков к запросам рынка

Деньги
5 наклонностей, которые характеризируют социопатов 5 наклонностей, которые характеризируют социопатов

Как проявляется истинное лицо социопата?

Psychologies
От игры в Го до осознания себя: изменит ли искусственный разум мир людей От игры в Го до осознания себя: изменит ли искусственный разум мир людей

Футуролог и писатель Сергей Переслегин о перспективах ИИ

ФедералПресс
Черный список продуктов, которых стоит избегать перед авиаперелетом Черный список продуктов, которых стоит избегать перед авиаперелетом

Если вы не хотите, чтобы полет превратился в пытку, следуйте этим рекомендациям

ТехИнсайдер
Осень ярко Осень ярко

Эльдар Калимулин — о кино и театре, который, как известно, начинается с вешалки

Men Today
Котик на батарейках Котик на батарейках

Откуда в китайском спортседане столько немецкого?

Автопилот
О цифровом рубле, кадровом голоде и «умном городе»: «Не обращаем внимания на санкции» О цифровом рубле, кадровом голоде и «умном городе»: «Не обращаем внимания на санкции»

Какие еще цифровые новшества скоро могут стать повседневностью

ФедералПресс
Меню оптимистки. 14 продуктов, которые помогают в  борьбе с апатией и депрессией Меню оптимистки. 14 продуктов, которые помогают в  борьбе с апатией и депрессией

Правильное питание поможет поднять настроение и выйти из депрессии

Лиза
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
Бизнес как спорт Бизнес как спорт

Генеральный директор компании FIRST Максим Сергеев — об искусстве быть первым

FP. BusinessReview
10 фактов про Древний Рим, которые кажутся невероятными 10 фактов про Древний Рим, которые кажутся невероятными

На тот случай, если на этой неделе вы еще ни разу не думали про Римскую империю

Maxim
«Ничего не успеваю»: что такое синдром «белого кролика» «Ничего не успеваю»: что такое синдром «белого кролика»

Почему вам постоянно не хватает времени?

Psychologies
Интерьер на счастье Интерьер на счастье

Бюро объединило четыре квартиры на последнем этаже московской новостройки

SALON-Interior
Какие отрасли развивать в Крыму: не очевидные, но значимые направления Какие отрасли развивать в Крыму: не очевидные, но значимые направления

Полуостров Крым обладает мощным экономическим потенциалом

ФедералПресс
«Песни ни о чем? Российская поп-музыка на рубеже эпох: 1980-1990-е» «Песни ни о чем? Российская поп-музыка на рубеже эпох: 1980-1990-е»

Какими были музыкальные видеоклипы 1990-х

N+1
Загадка сексуальности: чем женское либидо отличается от мужского Загадка сексуальности: чем женское либидо отличается от мужского

Как жизненные изменения сказываются на нашем либидо?

Psychologies
Открыть в приложении