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
Я — сноб. Главный редактор «Альпина.Проза» Татьяна Соловьева Я — сноб. Главный редактор «Альпина.Проза» Татьяна Соловьева

Татьяна Соловьева — том, почему она сноб

СНОБ
Планета номер Икс Планета номер Икс

Гипотетическую девятую планету до сих пор не увидели ни в один телескоп

ТехИнсайдер
Синдром седьмого сентября Синдром седьмого сентября

После первой недели в школе ребёнок жалуется на плохое самочувствие... Почему?

Здоровье
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

Актриса, певица, дива, Самбурская, Настасья – все это о ней

Maxim
«Одна ночь»: как память о насилии не отпускает жертву и свидетелей даже спустя 20 лет «Одна ночь»: как память о насилии не отпускает жертву и свидетелей даже спустя 20 лет

«Одна ночь»: история о том, что о насилии нельзя молчать

Forbes
Как понять, что мужчина женат Как понять, что мужчина женат

7 признаков, которые выдают изменщика

Лиза
По дороге в Нальчик По дороге в Нальчик

Автопутешествие в горы мне запомнилось прежде всего невероятным смешением красок

Отдых в России
Медведев проиграл в финале: как он извлекал пользу и деньги из прошлых поражений Медведев проиграл в финале: как он извлекал пользу и деньги из прошлых поражений

Как на Даниила Медведева и его карьеру влияли поражения в «мэйджорах»

Forbes
Место единения Место единения

Заказчики пригласили дизайнеров для оформления их семейного дома в Подмосковье

SALON-Interior
Смертельный челлендж: в США подросток умер от одного ломтика острых чипсов Смертельный челлендж: в США подросток умер от одного ломтика острых чипсов

Эти чипсы настолько острые, что могут привести к летальному исходу

ТехИнсайдер
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
Печень, почки и мозг: полезно и безопасно ли есть субпродукты Печень, почки и мозг: полезно и безопасно ли есть субпродукты

Есть ли смысл употреблять в пищу субпродукты?

ТехИнсайдер
Как модель Оля Запивохина делает карьеру даже после перенесенной операции на мозге Как модель Оля Запивохина делает карьеру даже после перенесенной операции на мозге

Модель Оля Запивохина: почему не всегда нужно все планировать?

Forbes
Осиная талия. Привычки питания, которые мешают тебе похудеть в талии Осиная талия. Привычки питания, которые мешают тебе похудеть в талии

Потеря веса – не всегда простая задача. А как похудеть в области талии?

Лиза
Ямальских овцебыков отправили на колыму Ямальских овцебыков отправили на колыму

14 полугодовалых овцебыков будут обживать колымскую тундру

ФедералПресс
Быть хорошей женой и выбраться из нищеты: как женщины попадают в наркобизнес Быть хорошей женой и выбраться из нищеты: как женщины попадают в наркобизнес

Разбираемся, какова роль женщин в наркобизнесе поневоле

Forbes
IQ идет в рост IQ идет в рост

Статья для желающих обзавестись десятком-другим дополнительных «умственных сил»

Лиза
Повторится ли дефолт 1998 года: размышления экономиста Повторится ли дефолт 1998 года: размышления экономиста

Насколько справедливы исторические параллели и к чему готовиться россиянам

ФедералПресс
Артроз Артроз

Артрозом страдают множество людей. Всё чаще коленки «скрипят» и у 20–30-летних

Здоровье
Трехмерные художники Трехмерные художники

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

ТехИнсайдер
Так было или не было? Так было или не было?

7 самых известных мифов в истории человечества

Лиза
Инвестиции в ИИ: как заработать на инновациях Инвестиции в ИИ: как заработать на инновациях

В акции каких игроков на рынке ИИ лучше всего вложиться?

ФедералПресс
Радиоактивность, которая лечит Радиоактивность, которая лечит

Ядерная медицина — одно из наиболее динамично развивающихся направлений науки

Наука
Жизнь других Жизнь других

Существуют места, словно созданные для съемок фильмов про иные миры

Men Today
Ида Галич и Олег Горчанин Ида Галич и Олег Горчанин

Кажется, профсоюз Иды Галич и Олега Горчанина подарил нам эффектный мейковер

Собака.ru
Нежный возраст Нежный возраст

Лучшие идеи для обустройства и оформления детской комнаты

Добрые советы
Остановить отток капитала из России: варианты развития событий Остановить отток капитала из России: варианты развития событий

Президент призвал правительство контролировать отток капитала из страны

ФедералПресс
Ольга Медынич: «Вампиры на самом деле обитают среди нас» Ольга Медынич: «Вампиры на самом деле обитают среди нас»

«Когда соглашалась на эту роль, даже не думала, с чем столкнусь»

Караван историй
Закрытие сезона Закрытие сезона

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

Лиза
Открыть в приложении