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
Шай Шай

Художник Шай Азулай — звучит как музыка, и мир вокруг него мелодичен

Seasons of life
С днем рождения, небесный маэстро! С днем рождения, небесный маэстро!

Вспомним историю легендарного авиаконструктора — Андрея Николаевича Туполева

Наука и техника
8 русских сказок, у которых на самом деле иностранные корни 8 русских сказок, у которых на самом деле иностранные корни

На какие иностранные произведения опирались русские авторы сказок?

Культура.РФ
Как полюбить будущее и не сойти с ума Как полюбить будущее и не сойти с ума

Артемий Лебедев в российском интернете, как Пелевин – в русской литературе

Популярная механика
Взгляд на город Взгляд на город

Борис Уборевич-Боровский об урбанизме, приватности и человеческом факторе

SALON-Interior
Как обидеть мужчину: запрещенные приемы Как обидеть мужчину: запрещенные приемы

Как растоптать уверенность мужчины в себе?

Лиза
Как включить режим инкогнито в разных браузерах Как включить режим инкогнито в разных браузерах

Рассказываем, как включить режим инкогнито в популярных браузерах

CHIP
Как прожить горевание и вернуться к жизни: советы себе и окружающим Как прожить горевание и вернуться к жизни: советы себе и окружающим

О чем нам стоит знать, чтобы справиться с проживанием горя?

Psychologies
Фокусы престолов Фокусы престолов

«Зимний король»: артуровские легенды в формате «как оно было на самом деле»

Weekend
Присмотритесь к близким: 6 признаков деменции, которые увидите только вы Присмотритесь к близким: 6 признаков деменции, которые увидите только вы

Как распознать первые симптомы деменции у близких?

Psychologies
Уметь = преуспеть Уметь = преуспеть

Есть такие особенные умения, которые пригодятся везде и всегда

Добрые советы
Работа над ошибками Работа над ошибками

Какую работу над ошибками нужно провести, чтобы сохранить молодость кожи

Добрые советы
Золото в жилах стынет Золото в жилах стынет

Как добывают самое северное в мире золото

ТехИнсайдер
Манипуляция в отношениях: как эмоции делают нас жертвами Манипуляция в отношениях: как эмоции делают нас жертвами

Как наши эмоции делают нас жертвами манипуляции и что можно с этим сделать

Psychologies
Цифровой атташе: госчиновник, погруженный в IT и маркетинг Цифровой атташе: госчиновник, погруженный в IT и маркетинг

С лета в торгпредствах России за рубежом начали появляться цифровые атташе

ФедералПресс
Выход через развалины Выход через развалины

Как «бумажная архитектура» пыталась вырваться из утопии

Weekend
Экономика и крупнейшие предприятия Экономика и крупнейшие предприятия

Самые крупные и значимые предприятия Чувашии

ФедералПресс
Хижина дяди Трампа Хижина дяди Трампа

«Звук свободы»: история борца с торговлей детьми

Weekend
Уберите свет! Почему глаза становятся гиперчувствительны к свету и как этого избежать Уберите свет! Почему глаза становятся гиперчувствительны к свету и как этого избежать

Что вызывает светобоязнь и как с ней справиться

Лиза
Перезагрузка Перезагрузка

Sollers: продолжение следует

Автопилот
Пропаганда как свидетельство Пропаганда как свидетельство

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

Weekend
Как быстро избавиться от синяка: 8 эффективных методов Как быстро избавиться от синяка: 8 эффективных методов

Домашние средства, которые ускорят заживление синяка

ТехИнсайдер
Красота без изъяна. Как сохранить здоровье груди и не дать мастопатии перерасти в рак Красота без изъяна. Как сохранить здоровье груди и не дать мастопатии перерасти в рак

Большинство женщин, у которых диагностирована мастопатия, находятся в зоне риска

Лиза
Автомобили Автомобили

Лимитированные версии и прорывные технологии в автомобильной сфере

Robb Report
Правила расхламления. Что стоит выбросить в первую очередь Правила расхламления. Что стоит выбросить в первую очередь

О правилах расхламления, которые по-настоящему работают

Лиза
Made in China Made in China

Как развивался китайский автопром

Men Today
Ну, приехали! Ну, приехали!

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

Добрые советы
Свидетельства неслучившегося Свидетельства неслучившегося

Песни Пахмутовой и Добронравова задали эмоциональный режим советского человека

Weekend
Осенние маршруты. ТОП-5 идей на уикенд Осенние маршруты. ТОП-5 идей на уикенд

Отправляйся путешествовать – в поисках идеальной осени!

Лиза
Открыть в приложении