Um filme circular de materiais orgânicos que brilham no escuro é mostrado em luz ambiente fraca (parte superior) e no escuro após a exposição à luz ultravioleta (parte inferior). A luz ultravioleta foi usada para acumular energia rapidamente e produzir um brilho forte, mas o efeito que brilha no escuro também pode ser obtido pela exposição com uma luz LED branca comum. O filme emprega uma mistura de moléculas doadoras e aceitadoras para obter esse efeito pela primeira vez com materiais orgânicos. O processo começa quando um aceitador absorve a energia da luz incidente, levando à transferência de uma carga positiva, ou buraco, do aceitador de elétrons para um doador de elétrons (1). A carga negativa adicional, ou elétron, no aceitador então se separa do buraco saltando entre outros aceitadores (2). A energia agora é armazenada em um elétron e buraco espacialmente separados (3). O elétron eventualmente se move de volta para o buraco (4), e a luz é emitida quando os dois se encontram (5). Algumas cargas se recombinam rapidamente, mas muitos podem permanecer armazenados no estado separado de carga por um longo tempo (3), o que leva à emissão brilhante muito depois de a luz de excitação ser desligada. Crédito:Ryota Kabe e William J. Potscavage Jr.
Tintas que brilham no escuro que melhoraram a flexibilidade e a transparência, ao mesmo tempo que são mais baratas e fáceis de fabricar, estão no horizonte, cortesia de uma nova pesquisa da Universidade de Kyushu. Em uma demonstração inovadora, emissão de luz com duração de mais de uma hora foi obtida a partir de materiais orgânicos, que também são promissores para desbloquear novas aplicações, como em bioimagem.
Com base em um processo chamado luminescência persistente, os materiais que brilham no escuro funcionam liberando lentamente a energia absorvida da luz ambiente. Usado em relógios e sinais de emergência, os materiais comerciais que brilham no escuro são baseados em compostos inorgânicos e incluem metais raros, como európio e disprósio. Contudo, esses materiais são caros, requerem altas temperaturas para fabricar, e espalham a luz - em vez de serem transparentes - quando transformados em pós para tintas.
Materiais orgânicos à base de carbono - semelhantes aos usados em plásticos e pigmentos - podem superar muitas dessas desvantagens. Eles podem ser excelentes emissores e já são amplamente utilizados em diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs). Mas conseguir uma emissão de longa duração tem sido difícil, e a emissão mais longa de orgânicos sob iluminação interna em temperatura ambiente foi, até agora, apenas alguns minutos.
Pesquisadores do Centro de Fotônica Orgânica e Pesquisa Eletrônica (OPERA) da Universidade de Kyushu já ultrapassaram esse limite usando misturas simples de duas moléculas apropriadas. Em filmes formados pela fusão de moléculas que doam elétrons e outras que aceitam elétrons, a emissão com duração de mais de uma hora foi demonstrada pela primeira vez a partir de materiais orgânicos sem a necessidade de fontes de luz intensa ou baixas temperaturas.
"Muitos materiais orgânicos podem usar a energia absorvida da luz para emitir luz de uma cor diferente, mas essa emissão é geralmente rápida porque a energia é armazenada diretamente na molécula que produz a emissão, "diz Ryota Kabe, autor principal do artigo relatando essas novas descobertas.
"Por contraste, nossas misturas armazenam a energia em cargas elétricas separadas por uma distância maior. Esta etapa adicional nos permite desacelerar muito a liberação da energia como luz, conseguindo assim o efeito que brilha no escuro. "
Nas misturas, absorção de luz por uma molécula aceitadora de elétrons, ou aceitador, dá à molécula energia extra que pode ser usada para remover um elétron de uma molécula doadora de elétrons, ou doador. Essa transferência de um elétron é efetivamente igual a uma carga positiva sendo transferida do receptor para o doador.
O elétron extra no aceitador pode então saltar para outros aceitadores e se mover para longe do doador carregado positivamente, resultando na separação das cargas. As cargas separadas se juntam gradualmente - algumas lentamente e outras mais rapidamente - e liberam sua energia na forma de luz ao longo de quase uma hora.
As misturas e processos são semelhantes aos encontrados em células solares orgânicas e OLEDs. Depois de acumular cargas separadas, como em uma célula solar, as cargas não têm para onde escapar, então eles eventualmente voltam juntos para emitir luz como um OLED. A principal diferença nas misturas desenvolvidas recentemente é que as cargas podem existir em um estado separado por longos períodos de tempo.
"Com produtos orgânicos, temos uma grande oportunidade de reduzir o custo de materiais que brilham no escuro, portanto, esperamos ver um impacto em primeiro lugar em aplicativos de grandes áreas, como corredores ou estradas iluminadas para aumentar a segurança, "diz Chihaya Adachi, Diretor do OPERA.
Chihaya Adachi (à esquerda) e Ryota Kabe (à direita) do Centro de Fotônica Orgânica e Pesquisa Eletrônica (OPERA) da Universidade de Kyushu desenvolveram os primeiros materiais que brilham no escuro baseados em moléculas orgânicas. A luz dos materiais é produzida quando um elétron é transferido de uma molécula aceptora para uma molécula doadora, que é representado pelo diagrama formado por suas mãos. Crédito:Centro de Fotônica Orgânica e Pesquisa Eletrônica
"Depois disso, podemos começar a pensar em explorar a versatilidade dos materiais orgânicos para desenvolver tecidos e janelas que brilham no escuro, ou mesmo sondas biocompatíveis para imagens médicas. "
O primeiro desafio a enfrentar no caminho para o uso prático é a sensibilidade do processo ao oxigênio e à água. Barreiras de proteção já são usadas em eletrônicos orgânicos e materiais inorgânicos que brilham no escuro, portanto, os pesquisadores estão confiantes de que uma solução pode ser encontrada. Simultaneamente, eles também estão procurando novas estruturas moleculares para aumentar a duração e a eficiência da emissão, bem como para mudar a cor.
Com esforços para resolver esses problemas restantes em andamento, uma nova onda de materiais que brilham no escuro baseados em orgânicos parecem prontos para revigorar a área e expandir suas aplicações.
