Los investigadores abren el camino a los materiales orgánicos que brillan en la oscuridad
Al modificar el mecanismo de emisión y las moléculas utilizadas, los investigadores mejoraron diez veces el rendimiento de los materiales orgánicos que brillan en la oscuridad
Los materiales que brillan en la oscuridad se utilizan en todo el mundo para señales de emergencia, relojes y pintura. Esta útil característica alimenta un mercado mundial valorado en unos 400 millones de dólares. Pero los cristales inorgánicos que se necesitan actualmente para generar esta capacidad a un alto nivel de rendimiento requieren metales de tierras raras y temperaturas de fabricación de más de 1000 grados Celsius. Ahora, en un artículo publicado en Nature Materials, investigadores de la Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) y de la Universidad de Kyushu, ambas en Japón, han desarrollado un método para generar una luz que brilla en la oscuridad utilizando materiales orgánicos más fáciles de conseguir.
Los materiales que brillan en la oscuridad se utilizan en todo el mundo para las señales de emergencia, los relojes y la pintura.
OIST
"Los materiales orgánicos no sólo están mucho más disponibles y son más fáciles de trabajar que los materiales inorgánicos, sino que además son solubles, lo que tiene el potencial de diversificar y ampliar el uso de los objetos que brillan en la oscuridad, ya que esta característica podría añadirse a tintas, películas y textiles", declaró el profesor Chihaya Adachi, director del Centro de Investigación en Fotónica y Electrónica Orgánica (OPERA) de la Universidad de Kyushu. "Otra aplicación importante es su uso potencial en la bioimagen, que podría tener un sinfín de beneficios para la ciencia de la salud".
En 2017, los investigadores demostraron, por primera vez, que dos materiales orgánicos podían crear un efecto de brillo en la oscuridad. Esto fue un gran éxito y se publicó en Nature. Sin embargo, el rendimiento era casi 100 veces más débil que con las variedades inorgánicas. De hecho, los investigadores tenían que utilizar una luz ultravioleta para generar las emisiones, tenían que entrar en una habitación oscura para ver la luz y no podían exponer las muestras al oxígeno. Ahora, los investigadores han obtenido un mejor resultado cuando pasaron de un método con dos componentes a otro con tres y cambiaron las moléculas que utilizaban. El resultado fueron emisiones que duraron más de una hora a temperatura ambiente, lo que supone una mejora de diez veces el trabajo anterior.
"Se trata de un proceso de cuatro etapas para crear el efecto de brillo en la oscuridad: transferencia de carga, separación, recombinación y, finalmente, emisiones", explicó el profesor Ryota Kabe, que dirige la Unidad de Optoelectrónica Orgánica del OIST. "Dentro de las moléculas, los electrones están anidados en agujeros. Una parte importante del proceso es separar los electrones de los huecos. Cuando los dos se vuelven a juntar, se genera el brillo".
En la investigación anterior, cuando los materiales orgánicos eran energizados por la luz, los electrones se transferían de una molécula denominada donante de electrones a otra denominada aceptora de electrones. Sin embargo, se producía un problema, ya que el aceptor de electrones no podía almacenar muchos electrones. Cuando los electrones volvían al donante, esta recombinación creaba el efecto de resplandor, pero como el número de electrones almacenados era limitado, el resplandor no era fuerte y se desvanecía rápidamente.
Sin embargo, en este nuevo trabajo, los investigadores hicieron varias cosas diferentes. En primer lugar, utilizaron moléculas que aseguraban que fueran los agujeros los que se movieran en lugar de los electrones. Este sistema de difusión de agujeros redujo la probabilidad de que las moléculas reaccionaran con el aire, lo que garantizó que las muestras brillaran mientras estaban expuestas al oxígeno. En segundo lugar, los investigadores añadieron un tercer componente, un atrapador de agujeros, que mantenía el electrón y el agujero separados durante más tiempo, lo que permitía que se acumularan más agujeros y aumentaba el periodo de emisión resultante. Y, por último, utilizaron moléculas que requerían menos energía para moverse entre los distintos pasos del proceso, asegurando que todo el proceso requiriera menos energía y permitiendo que las emisiones se generaran en luz visible, en lugar de sólo en luz ultravioleta.
"Al ajustar el método, hemos conseguido mejorar el rendimiento de las moléculas orgánicas diez veces más que en el trabajo anterior", concluyó el profesor Kabe. "Las moléculas orgánicas ahora funcionan en el aire, aunque el rendimiento sigue siendo débil. Seguiremos trabajando para afinar las emisiones hasta que estén a la altura de las producidas por los cristales inorgánicos."
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