Ao formular corantes fluorescentes carregados positivamente em uma nova classe de materiais chamados redes de isolamento iônico de pequenas moléculas (SMILES), o brilho brilhante de um composto pode ser perfeitamente transferido para um sólido, estado cristalino, pesquisadores relatam 6 de agosto na revista Chem . O avanço supera uma barreira de longa data para o desenvolvimento de sólidos fluorescentes, resultando nos materiais mais brilhantes que existem.

"Esses materiais têm aplicações potenciais em qualquer tecnologia que precise de fluorescência brilhante ou que exija o projeto de propriedades ópticas, incluindo colheita de energia solar, bioimagem, e lasers, "diz Amar Flood, um químico da Universidade de Indiana e co-autor sênior do estudo junto com Bo Laursen da Universidade de Copenhagen.

"Além disso, existem aplicações interessantes que incluem a conversão ascendente de luz para capturar mais do espectro solar em células solares, materiais comutáveis ​​por luz usados ​​para armazenamento de informações e vidro fotocrômico, e luminescência circularmente polarizada que pode ser usada na tecnologia de exibição 3-D, "Diz Flood.

Embora existam atualmente mais de 100, 000 corantes fluorescentes diferentes disponíveis, quase nenhum deles pode ser misturado e combinado de maneiras previsíveis para criar materiais óticos sólidos. Os corantes tendem a sofrer "têmpera" quando entram em um estado sólido devido à forma como se comportam quando embalados juntos, diminuindo a intensidade de sua fluorescência para produzir um brilho mais suave.

"O problema de têmpera e acoplamento inter-corante surge quando os corantes ficam ombro a ombro dentro dos sólidos, "diz Flood." Eles não podem ajudar, mas 'tocar' um ao outro. Como crianças pequenas sentadas na hora da história, eles interferem uns com os outros e param de se comportar como indivíduos. "

Para superar esse problema, Flood e colegas misturaram um corante colorido com uma solução incolor de cianostar, uma molécula de macrociclo em forma de estrela que evita que as moléculas fluorescentes interajam conforme a mistura se solidifica, mantendo suas propriedades ópticas intactas. À medida que a mistura se tornava sólida, SMILES formado, que os pesquisadores então transformaram em cristais, precipitado em pós secos, e finalmente girado em uma película fina ou incorporado diretamente em polímeros. Uma vez que os macrociclos cianostar formam blocos de construção que geram um tabuleiro de xadrez semelhante a uma rede, os pesquisadores poderiam simplesmente ligar um corante na rede e, sem quaisquer ajustes adicionais, a estrutura assumiria sua cor e aparência.

Embora pesquisas anteriores já tivessem desenvolvido uma abordagem para espaçar os corantes usando moléculas de macrociclo, ele dependia de macrociclos coloridos para fazer o trabalho. Flood e seus colegas descobriram que os macrociclos incolores eram a chave.

"Algumas pessoas pensam que os macrociclos incolores não são atraentes, mas eles permitiram que a rede de isolamento expressasse totalmente a fluorescência brilhante dos corantes livres das cores dos macrociclos, "diz Flood.

Próximo, os pesquisadores planejam explorar as propriedades dos materiais fluorescentes formados usando esta nova técnica, capacitando-os a trabalhar com fabricantes de corantes no futuro para realizar todo o potencial dos materiais em uma variedade de aplicações diferentes.

"Esses materiais são totalmente novos, então não sabemos quais de suas propriedades inatas vão realmente oferecer funcionalidade superior, "diz Flood." Também não sabemos os limites dos materiais. Então, vamos desenvolver uma compreensão fundamental de como eles funcionam, fornecendo um conjunto robusto de regras de design para fazer novas propriedades. Isso é fundamental para colocar esses materiais nas mãos de outras pessoas - queremos buscar o crowdsourcing e trabalhar com outras pessoas nesse esforço. "