En ny måde at modulere farveemissioner fra gennemsigtige film

Forskere ser på selvlysende gennemsigtige film til brug i energieffektive displays (f.eks. LED-skærme) og andre applikationer, og de muligheder, det åbner for at fremme metodologier inden for flere områder inden for biologisk og elektronisk forskning. Imidlertid, selvom der er blevet udviklet transparente, solide film med flere farver, at finde effektive måder at justere farve og intensitet på lysemissioner på har været udfordrende.

Nu, i en nylig artikel offentliggjort i The Royal Society of Chemistry's Materialeforskud , en ny mekanisme til let at indstille luminescensen af ​​et nyligt modificeret lysemitterende fast, transparent materiale er beskrevet-det indebærer simpelthen at modulere dets protonkoncentration (eller pH) via anvendelse af en spænding.

Dette materiale blev udviklet i laboratoriet af professor Makoto Tadokoro, en uorganisk kemiker og materialeforsker ved Tokyo University of Science i Japan. Prof Tadokoro og hans team, herunder Dr. Hajime Kamebuchi fra Nihon University, Japan, og Mr. Taiho Yoshioka fra Tokyo University of Science, begyndte med en gennemsigtig polymerfilm kaldet Nafion. Nafion-film er velkendte som protonledere (materialer, hvor elektricitet ledes via bevægelse af protoner) og kationbyttere (materialer, der let tiltrækker positivt ladede partikler). Disse to egenskaber viste sig at være nøglen til luminescenskontrollen fra materialet, som det i sidste ende ville hjælpe med at danne.

En tredje egenskab ved Nafion, der gjorde det endnu mere nyttigt for prof Tadokoros team, er dets molekylære struktur. Nafions struktur tillod "komplekser" af to metaller, terbium (Tb) og europium (Eu), der vides at være lysemitterende, at blive indlejret i den, når den blev dyppet i en opløsning indeholdende metalkomplekserne. Dermed, fremstillingsprocessen for materialet var enkel og billig.

Når slutproduktet-en metalkompleksholdig polymerfilm-blev nedsænket i en sur opløsning (pH 2-5; protondonor), det blev grønt. Udblødt i en alkalisk opløsning (pH 9-12; protonacceptor), det blev rødt. I en neutral opløsning (pH 6-8), den blev gul (en kombination af rød og grøn).

Spektroskopisk analyse fortalte forfatterne, hvorfor disse specifikke farveændringer forekom. I sure opløsninger, protonerne optaget af Nafion 'tændte' Tb -metalionerne, men ikke Eu -metalionerne. I alkaliske opløsninger, Eu metalioner tog spotlyset, og emissionerne fra Tb -ionerne blev slukket. I neutrale løsninger, begge udsendte lys. Dette bekræftede, at protonkoncentrationsgradienten i materialet bestemte dens luminescens.

Forskerne kunne derefter let justere luminescensen ved at tilslutte materialet til et batteri efter at have dyppet det i en sur opløsning. Den sure opløsning gjorde materialet grønt. Men efter påføring af en spænding, da protoner bevægede sig mod den negativt ladede side af materialet, den protonmangel positivt ladede side begyndte at blive rød. Den centrale del af materialet blev gul. Prof Tadokoro siger, "Vi synes, at dette var den mest udfordrende del af vores undersøgelse - og i øvrigt også vores største succes. Fundet om, at strømmen af ​​protoner i et fast medium under et elektrisk felt kan kontrolleres, hvilket igen giver os mulighed for at kontrollere 'farven' på det udsendte lys, er uden fortilfælde. I biologiske systemer, ionstrømme er ansvarlige for mange essentielle biokemiske aktiviteter. 'Solid-state ionics' demonstreret af os kan finde applikationer på mange forskellige områder. "

Da han blev spurgt yderligere om den praktiske betydning af hans arbejde, Prof Tadokoro siger, "Vores resultater viser, at det er muligt at fremstille billige multifarvemitterende glas eller filmmaterialer, hvis emissioner kan indstilles ved blot at anvende en spænding til at kontrollere protonstrømmen, og derfor protongradient, inden for materialet. Med andre ord, ikke kun elektronledning, men protonledning kan være en måde, hvorpå luminescensen af ​​materialer styres. "

Men, Selvom denne undersøgelse er et stort skridt på vejen til at opnå transparente emittere til en lang række applikationer - såsom detektering af pH -gradienter i biologiske celler eller konstruktion af nye displays og belysningsapparater - er den enhed, der er udviklet her, ikke helt klar til markedet. Prof Tadokoro siger, "Vi forsøger nu at tilføje et blåt lysemitterende kompleks til vores system, så vi kan få et materiale, der kan udsende lys over hele det synlige spektrum. "

Når det er opnået, videnskaberne vil blive avanceret lidt mere, og en ny generation af meget afstembare flerfarveemitterende materialer er muligvis ikke for langt væk.