Controlar os estados eletrônicos excitados em sistemas luminescentes permanece um desafio no desenvolvimento de corantes fluorescentes e fosforescentes. Agora, cientistas no Japão desenvolveram um fluoróforo orgânico único que muda sua cor de emissão sem perda de eficiência quando estimulado externamente. O estudo publicado na revista Angewandte Chemie explica este comportamento por uma simples transformação de fase da substância sólida, que podem ser relevantes para aplicações optoeletrônicas, como em OLEDs inteligentes.

Embora a luminescência seja um fenômeno amplamente estudado e sua base teórica seja bem compreendida, o desenvolvimento de novos pigmentos e corantes com excelente funcionalidade não é simples. As transições de fase de um material sólido podem extinguir a fluorescência, e os pigmentos em aplicações OLED estão sujeitos ao envelhecimento. Agora, o grupo de pesquisa de Takuma Yasuda na Universidade de Kyushu, Fukuoka, Japão, sintetizou um pigmento emissor de verde que responde a estímulos externos por uma notável mudança de cor para emissão de laranja, e isso sem nenhuma perda observada na eficiência de luminescência. Este comportamento de duas cores de um pigmento pode ser altamente útil para o desenvolvimento de sistemas optoeletrônicos e sensores inteligentes.

Para obter sistemas luminescentes eficientes, os cientistas estão cada vez mais se concentrando nos estados excitados e nas transições eletrônicas:quanto mais distintas e definidas forem as transições eletrônicas, mais eficiente é a emissão de luz quando a substância é excitada por luz de outros comprimentos de onda ou energia elétrica. Por outro lado, distúrbios da estrutura molecular podem desencadear relaxamento não radiativo, e então, a maior parte da fluorescência é perdida. Aqui, Yasuda e seu grupo descobriram que seu fluoróforo sintetizado, que tem uma estrutura simétrica alongada e relativamente simples incorporando cromóforos bem conhecidos, pode alternar suas cores de emissão entre laranja e verde ao alterar morfologias de estado sólido.

Os autores fundamentaram suas descobertas com análises cristalográficas de raios-X e cálculos teóricos. Eles descobriram que a fase amorfa mantém um estado de excitação ligeiramente relaxado em comparação com a fase cristalina. Isso foi explicado por uma torção na molécula, que ocorreu em um ângulo diferente quando a estrutura do cristal foi quebrada. De acordo, a luz emitida a partir desse estado excitado de fase amorfa estava em um comprimento de onda mais longo do que a emitida pelo estado cristalino excitado.

Essa emissão de duas cores de diferentes fases sólidas pode ser útil para aplicações optoeletrônicas e de sensores sofisticadas. Os autores japoneses descobriram que a substância emitia fluorescência laranja quando depositada como uma película fina, mas esta cor tornou-se verde quando o filme foi recozido, isso é, mantido em alta temperatura e resfriado novamente. Em seguida, eles arranharam o filme recozido e encontraram fluorescência laranja exatamente nos locais de arranhão; até mesmo escrever palavras em fluorescência laranja era possível.

Uma aplicação mais exigente é aquela em dispositivos orgânicos emissores de luz, os OLEDs. Imprensado em uma configuração OLED, o composto exibiu eletroluminescência brilhante, tanto na cor verde quando na fase cristalina, quanto na cor laranja quando na fase amorfa. Esta eletroluminescência de duas cores de um pigmento pode ser altamente interessante para a pesquisa em andamento sobre materiais inteligentes responsivos a estímulos.