30/04/2014 - Sie entwerfen ein neues fluoreszierendes Hybridmaterial, das die Farbe mit Lichtrichtung ändert

Menéame

Die Gruppe Molekulare Spirituoskopie der UPV/EHU, in Zusammenarbeit mit Institut für Katalyse und Petrochemie CSIC hat ein hochfluoreszierendes Hybridmaterial entwickelt, das die Farbe entsprechend der Polarisierung des Lichts ändert, mit dem es erleuchtet wird.

Die Forschung wurde in ACS Photonics veröffentlicht, dem neuen Magazin American Chemical Society ausschließlich der Photonik gewidmet.

Hybridmaterialien mit einer organischen und einer anorganischen Komponente versuchen, die besten Attribute beider in einem einzigen System zu kombinieren. Labore auf der ganzen Welt arbeiten an der Entwicklung neuer Hybridmaterialien für technologische Anwendungen, insbesondere in den Nanotechnologien, und werden bereits in leichten Materialien für Autos, in Sportgeräten, in biomimischen Materialien wie Prothesen usw. verwendet.

Das Hybridmaterial, das die Forschungsgruppe der Abteilung für physikalische Chemie suchte, musste eine Reihe sehr spezifischer Anforderungen erfüllen. Sie brauchten das anorganische Wirtsmaterial als Kristallstruktur mit parallelen Nanokanalen, damit die Moleküle des organischen Wirtsmaterials, ein Farbstoff, sich ausrichten konnten; sie benötigten, dass die Porengröße des Wirts kleiner als 1nm (das 1-Milliardstel) war, damit der Farbstoff eng eingestellt werden konnte; schließlich brauchten sie nicht eins, sondern zwei Farbstoffe von ähnlicher Größe und Form, aber mit zusätzlichen optischen Eigenschaften, die anders reagieren, wenn sie durch Licht stimuliert werden.

Die größte Herausforderung bestand daher darin, diese perfekte Anpassung zwischen der anorganischen Nanostruktur und den Farbmolekülen zu erreichen. Sie haben es mit einem Aluminiumphosphat (AIPO-11) als Wirtsmaterial erhalten, das eine Porengröße hat, die ideal für die Aufnahme von Farbstoffen mit einer Struktur aus drei fusionierten Benzenringen ist, wie sie die gewählten sind: Pyronin mit grüner Fluoreszenz und Acridin mit blauer Fluoreszität. "Farbstoffe kommen in Ordnung, passen sich entlang der Nanokanäle an, und ihre Leuchtstoffeigenschaften werden in ihnen verbessert," erklärt Virginia Martínez, Forscherin Ramon und Cajal der Molekularen Wraithskopie. Die Verbesserung ist nicht nur darauf zurückzuführen, dass die molekulare Flexibilität des Farbstoffs eingeschränkt ist, sondern auch darauf, dass der Farbstoff Monomer enthalten ist, d. h. dass er in getrennten Einheiten in den Kanal gelangt und dadurch sehr hell ist, da Fluoreszenz verloren geht, wenn sie hinzugefügt werden.

Um diese perfekte Anpassung zu erreichen, spielte das Syntheseverfahren eine entscheidende Rolle. Bei photoaktiven Hybridmaterialien wird der organische Teil normalerweise von der Gas- oder Flüssigphase aus in die anorganische Schicht eingeführt, aber mit dieser Methode wird nicht der Grad der Okklusion erreicht, den diese Forschung erforderte. So entschieden sie sich, den Farbstoff in das Gel einzuführen, mit dem das anorganische Material synthetisiert wird, so dass das Glas, während es wächst, die organische Chromophore einschloss.

Zuerst führten sie einen einzigen Farbstoff ein, Pyronin, und sie erhielten ein hoch leuchtendes Material. In der Tat, mit kofokalen Fluoreszenzmikroskopie, eine praktisch vollständige Ausrichtung der Färbung Moleküle entlang des Kanals (Dikro-Renz von 40), eine Ausrichtung, die zuvor nicht berichtet worden war.

Dann führten sie Pyronin und Acridin in den Syntheseprozess ein und erhielten rechteckige Kristalle von 30x20 μm, die sich aufgrund der Polarisation des Lichts, mit dem sie beleuchtet wurden, auffallend in Farbe änderten: Wenn sie entlang des Kanals polarisiert war, sah sie grün aus; wenn sie senkrecht war, zeigte sie blaue Farbe. Dieses Verhalten deutete auf einen Energietransfer zwischen den Farbstoffen hin.

"Die Farbaufstimmung ist außerdem ein sofortiger und effizienter, vollständig reversibler und reproduzierbarer Prozess mit hoher Ermüdungsbeständigkeit," so Inñigo López Arbeloa. Daher sind die möglichen Anwendungen dieser Art von photoaktiven Hybridmaterialien vielfältig: Sie können als Antennen in Photovoltaikzellen, zur Informationsspeicherung, in Photonenkabeln, in Lasersystemen verwendet werden... In der Tat stellt das neue Hybridmaterial einen Fortschritt bei der Entwicklung von stimmbaren Lasern im festen Zustand dar, die von großem biologischem Interesse sind, da sie leichter zu bedienen sind und weniger Schadstoffe als die derzeit verwendeten Flüssigkeiten sind.

Zur Molekularen Wraith-Gruppe

Die Molekulare Wraithskopiegruppe, die den Professor an der Fakultät für Wissenschaft und Technologie Iñigo López Arbeloa leitet, besteht aus drei Professoren, einem Forscher Ramón und Cajal und einem anderen Professor Juan de la Cierva sowie fünf prädoktoralen Studenten. Das Team verfügt über umfangreiche Erfahrung mit photoaktiven Materialien und deren fortgeschrittene Modellierung, um Tunerlaser, Photovoltaik-Antennensysteme und die photodynamische Behandlung von Krebs sowie Leuchtstoffsensoren zu entwickeln.

In dieser Untersuchung befasste sich die Wraith-Gruppe mit der Gestaltung, Charakterisierung und Anwendbarkeit des Materials, während die theoretische Synthese und Simulation am CSIS-Institut für Katalyse und Petroleochemie vorgenommen wurde.

Bibliographische Referenz

Virginia Martinez-Martinez, Raquel Garcia, Luis Gomez-Hortiguela, Rebeca Sola Llano, Joaquin Perez-Pariente and Inigo Lopez-Arbeloa. "Highly Luminescent and Optically Switchable Hybrid Material by One Pot Encapsulation of Dyes into MgAPO-11 Unidirectional Nanopores". ACS photonics. (2014) 1(3) 205-211.

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Nachrichtenquelle und Bild: UPV/EHU

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