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
Как сохранить здоровье сердца? Как сохранить здоровье сердца?

Полезными привычками и идеальным рационом для здоровья сердца делится эксперт

Здоровье
Цифровая лихорадка Цифровая лихорадка

С каждым годом майнинг биткоинов требует больше ресурсов, но не останавливается

ТехИнсайдер
Кто круче Рогова Кто круче Рогова

Самый медийный стилист страны и один из пионеров мейковер-шоу Александр Рогов

Собака.ru
Пассажир на гиперзвуке Пассажир на гиперзвуке

Первый в истории самолет, который обещает преодолеть скорость звука на водороде

ТехИнсайдер
5 наклонностей, которые характеризируют социопатов 5 наклонностей, которые характеризируют социопатов

Как проявляется истинное лицо социопата?

Psychologies
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
«Вместе навсегда» «Вместе навсегда»

8 правил, которые помогут спасти брак

Лиза
«Государство не может идти на поводу у бизнеса» «Государство не может идти на поводу у бизнеса»

Михаил Беляев рассказал о новых трендах экономического развития России

FP. BusinessReview
Отказаться от сигарет по науке Отказаться от сигарет по науке

Почему люди продолжают курить сигареты?

Наука
История жулика: как Уэс Андерсон дает слово Роальду Далю и превращает кино в театр История жулика: как Уэс Андерсон дает слово Роальду Далю и превращает кино в театр

Почему новое кино Уэса Андерсона подойдет людям без воображения?

Forbes
РОП неотвратимый: как алюминий поможет очистить природу РОП неотвратимый: как алюминий поможет очистить природу

Разбираемся в понятии расширенная ответственность производителя

ФедералПресс
Мимо ехали евреи Мимо ехали евреи

«И ясно, что евреи виноваты, осталось только летопись найти»

Дилетант
«Рок-н-ролл мертв. А я еще нет...» «Рок-н-ролл мертв. А я еще нет...»

С 1981 года ленинградский рок-клуб стал «местом силы» отечественного рок-н-ролла

Men Today
Моя идеальная свадьба Моя идеальная свадьба

Как прошла свадьба Ирены Понарошку и Руслана Годизова

OK!
Наскальные мультфильмы Наскальные мультфильмы

Рисункам из пещеры Шове больше 30 тысяч лет

Вокруг света
Авиация Авиация

Рекордно просторные салоны, близкая к рекордной скорость плюс забота об экологии

Robb Report
Яркий джапанди Яркий джапанди

Скандинавский и восточный минимализм в интерьере квартиры в Казани

Идеи Вашего Дома
Революция в астрономии XX века Революция в астрономии XX века

Виктор Амбарцумян — основоположник теории астрофизики в СССР

Знание – сила
Дарья Златопольская: «Любовь — это улица с односторонним движением» Дарья Златопольская: «Любовь — это улица с односторонним движением»

Я работаю с детьми, очень за них переживаю и всегда пытаюсь включаться

Коллекция. Караван историй
Как в оранжерее Как в оранжерее

Лучшая гарантия здорового роста комнатных растений – своевременный уход

Лиза
В офис в тапочках В офис в тапочках

7 лучших профессий для удаленной работы

Лиза
Рустам Айнетдинов: «У образования будущего не будет конечной точки» Рустам Айнетдинов: «У образования будущего не будет конечной точки»

Как нейросети и другие технологии помогут с выбором верного жизненного пути

РБК
Карманные деньги: почему полезно давать детям и как это правильно делать Карманные деньги: почему полезно давать детям и как это правильно делать

Карманные деньги не замена заботы, а способ научить детей финансовой грамотности

РБК
Электрический ключ к прекрасному Электрический ключ к прекрасному

Ученые исследуют нейрофизиологические механизмы восприятия произведений живописи

Наука
Нет повода не выжить Нет повода не выжить

Алексей Зимин нашел способ принимать неизбежное и повод выпить за это

Men Today
Деньги есть? А если найду Деньги есть? А если найду

Где бизнесу взять инвестиции

FP. BusinessReview
Внедорожный Escape, или всё что вам нужно знать о Ford Bronco Sport Внедорожный Escape, или всё что вам нужно знать о Ford Bronco Sport

Внедорожник Ford Bronco Sport: икеевский интерьер и немалый ценник

4x4 Club
Куда приводит любовь Куда приводит любовь

Алексей Еремчук — как его увлечение электромобилями стало бизнесом

Robb Report
Гимназия Санкт-Петербургской Академии наук: создание и становление Гимназия Санкт-Петербургской Академии наук: создание и становление

История первой гимназии Санкт-Петербургской Академии наук

Знание – сила
Открыть в приложении