Los químicos crean los materiales fluorescentes más brillantes de la historia

11.08.2020 - Estados Unidos

Al formular tintes fluorescentes cargados positivamente en una nueva clase de materiales llamados redes de aislamiento iónico de moléculas pequeñas (SMILES), el brillo brillante de un compuesto puede ser transferido sin problemas a un estado sólido y cristalino, informan los investigadores el 6 de agosto en la revista Chem. El avance supera una antigua barrera para el desarrollo de sólidos fluorescentes, dando como resultado los materiales más brillantes conocidos que existen.

"Estos materiales tienen aplicaciones potenciales en cualquier tecnología que necesite fluorescencia brillante o que requiera el diseño de propiedades ópticas, incluyendo la recolección de energía solar, la bioimagen y los láseres", dice Amar Flood, químico de la Universidad de Indiana y coautor del estudio junto con Bo Laursen de la Universidad de Copenhague.

"Más allá de esto, hay aplicaciones interesantes que incluyen la conversión ascendente de la luz para capturar más del espectro solar en las células solares, los materiales de conmutación de luz utilizados para el almacenamiento de información y el vidrio fotocrómico, y la luminiscencia circularmente polarizada que puede ser utilizada en la tecnología de visualización 3D", dice Flood.

Aunque actualmente hay más de 100.000 tintes fluorescentes diferentes disponibles, casi ninguno de ellos puede mezclarse y combinarse de forma previsible para crear materiales ópticos sólidos. Los tintes tienden a someterse a un "apagado" cuando entran en un estado sólido debido a la forma en que se comportan cuando están empaquetados muy juntos, disminuyendo la intensidad de su fluorescencia para producir un brillo más tenue.

"El problema del apagado y el acoplamiento entre los tintes surge cuando los tintes se encuentran hombro a hombro dentro de los sólidos", dice Flood. "No pueden evitar 'tocarse' entre sí. Como los niños pequeños sentados en la hora de los cuentos, interfieren entre sí y dejan de comportarse como individuos".

Para superar este problema, Flood y sus colegas mezclaron un colorante con una solución incolora de cianostar, una molécula de macrociclo en forma de estrella que impide que las moléculas fluorescentes interactúen mientras la mezcla se solidifica, manteniendo sus propiedades ópticas intactas. A medida que la mezcla se solidificaba, se formaban sonrisas, que los investigadores luego hacían crecer en cristales, precipitaban en polvos secos, y finalmente hilaban en una película delgada o incorporaban directamente en polímeros. Como los macrociclos de cianostar forman bloques de construcción que generan un tablero de damas en forma de red, los investigadores pudieron simplemente conectar un tinte en la red y, sin más ajustes, la estructura tomó su color y apariencia.

Mientras que la investigación anterior ya había desarrollado un enfoque para separar los tintes usando moléculas de macrociclo, se basó en macrociclos de color para hacer el trabajo. Flood y sus colegas descubrieron que los macrociclos incoloros eran la clave.

"Algunas personas piensan que los macrociclos incoloros no son atractivos, pero permitieron que el entramado de aislamiento expresara plenamente la brillante fluorescencia de los tintes sin que los colores de los macrociclos lo impidieran", dice Flood.

A continuación, los investigadores planean explorar las propiedades de los materiales fluorescentes formados con esta novedosa técnica, permitiéndoles trabajar con los fabricantes de tintes en el futuro para realizar todo el potencial de los materiales en una variedad de aplicaciones diferentes.

"Estos materiales son totalmente nuevos, por lo que no sabemos cuáles de sus propiedades innatas van a ofrecer realmente una funcionalidad superior", dice Flood. "Tampoco conocemos los límites de los materiales. Por lo tanto, desarrollaremos una comprensión fundamental de cómo funcionan, proporcionando un conjunto robusto de reglas de diseño para hacer nuevas propiedades. Esto es crítico para poner estos materiales en manos de otros... queremos buscar la fuente de la multitud y trabajar con otros en este esfuerzo".

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