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
Верность навсегда: миф или реальность Верность навсегда: миф или реальность

Возможно ли сохранить любовь и верность на протяжении всей жизни?

Лиза
Гельголанд, роковой остров Гельголанд, роковой остров

Маленький остров Гельголанд пережил много всего

Дилетант
Дизайнерский бутик Дизайнерский бутик

Владимир Пирожков, наверное, самый известный российский промышленный дизайнер

ТехИнсайдер
Охота на Лисовую Охота на Лисовую

Мария Лисовая олицетворяет красоту землян в блокбастере «Вратарь Галактики»

Maxim
Байки из мавзолея Байки из мавзолея

«Вселенная Стивена Кинга»: все, что мы и так знаем о мастере ужасов,— и не более

Weekend
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
Совы во льдах. Как американский орнитолог спасал рыбного филина на Дальнем Востоке Совы во льдах. Как американский орнитолог спасал рыбного филина на Дальнем Востоке

Отрывок из документального рассказа о Дальнем Востоке

СНОБ
Вся правда о ломбардах Вся правда о ломбардах

7 честных фактов для тех, кому срочно нужны деньги

Лиза
Булка из детства: какой хлеб пекли в СССР и чем полезна ностальгия Булка из детства: какой хлеб пекли в СССР и чем полезна ностальгия

До сих пор с ностальгическим вздохом вспоминаете хлеб, который продавали в СССР?

Psychologies
Семь необычных причин головной боли Семь необычных причин головной боли

Как самим определить «нестандартные» причины возникновения головной боли?

Здоровье
Алексей Федоров: «Идея квантовых технологий уже необратимо изменила мир» Алексей Федоров: «Идея квантовых технологий уже необратимо изменила мир»

Когда ожидать квантового превосходства и какие изменения оно повлечет в будущем

РБК
«Звучит незнаемая лира…» «Звучит незнаемая лира…»

Кто такой Антиох Кантемир?

Знание – сила
Французский парадокс Французский парадокс

Что едят француженки, чтобы оставаться стройными?

Лиза
Дерьмово выглядишь Дерьмово выглядишь

Как и зачем животные и растения притворяются экскрементами

N+1
Лунные костюмы Лунные костюмы

Зачем потребовалось перекрашивать скафандр и что нового предложили конструкторы?

ТехИнсайдер
Сплю и худею Сплю и худею

11 привычек, которые помогают сбрасывать вес даже ночью

Лиза
Сбежавшая дочь и неудачные браки: одиночество Ларисы Удовиченко Сбежавшая дочь и неудачные браки: одиночество Ларисы Удовиченко

Лариса Удовиченко — яркая актриса СССР, которая заплатила за славу одиночеством

VOICE
Собирание земель русских Собирание земель русских

Кто поверит, что на месте Уральских гор когда-то плескался океан?

Вокруг света
Парадоксальная угроза Парадоксальная угроза

Одна из самых интересных битв вокруг ИИ развернется не в области техники

Правила жизни
Александр Чернокульский: «У климатологов на будущее есть еще и план «Б» Александр Чернокульский: «У климатологов на будущее есть еще и план «Б»

Что станет с климатом через 30 лет и к каким изменениям нужно быть готовым?

РБК
Андрей Лихачев: «Технологии просочатся за пределы мегапроектов» Андрей Лихачев: «Технологии просочатся за пределы мегапроектов»

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

РБК
Алкуин и Каролингское возрождение Алкуин и Каролингское возрождение

Как спасти из мрачной бездны неведения культуру Западной Римской империи?

Знание – сила
Вокзал как искусство Вокзал как искусство

Вокзал Владивостока – не просто вокзал, а настоящий памятник русского зодчества

Отдых в России
Такси высокого полета Такси высокого полета

Как и на чем мы будем передвигаться через несколько десятилетий

РБК
За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие) За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие)

Задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать

Наука и жизнь
Лесные барабанщики Лесные барабанщики

Лес в середине лета затихает, но только кажется безжизненным

Наука и жизнь
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
Закрытие сезона Закрытие сезона

Какие ошибки часто совершают дачники в конце сезона и как их исправить

Лиза
Моя идеальная свадьба Моя идеальная свадьба

Как прошла свадьба Ирены Понарошку и Руслана Годизова

OK!
Открыть в приложении