Att kontrollera de exciterade elektroniska tillstånden i luminiscerande system är fortfarande en utmaning i utvecklingen av fluorescerande och fosforescerande färgämnen. Nu, forskare i Japan har utvecklat en unik organisk fluorofor som ändrar sin emissionsfärg utan att förlora effektivitet när den stimuleras externt. Studien publicerad i tidskriften Angewandte Chemie förklarar detta beteende genom en enkel fasomvandling av den fasta substansen, vilket kan vara relevant för optoelektroniska applikationer som i smarta OLED.

Även om luminescens är ett omfattande studerat fenomen och dess teoretiska grund är väl förstått, utvecklingen av nya pigment och färgämnen med enastående funktionalitet är inte okomplicerad. Fasövergångar av ett fast material kan släcka fluorescensen, och pigment i OLED-applikationer är benägna att åldras. Nu, forskargruppen för Takuma Yasuda vid Kyushu University, Fukuoka, Japan, har syntetiserat ett grönt emitterande pigment som svarar på yttre stimuli genom en anmärkningsvärd färgförändring till orange emission, och det utan någon observerad förlust i luminescenseffektivitet. Detta tvåfärgade beteende hos ett pigment kan vara mycket användbart för utvecklingen av smarta optoelektroniska och sensorsystem.

För att få effektiva självlysande system, forskare fokuserar alltmer på de exciterade tillstånden och de elektroniska övergångarna:Ju mer distinkta och definierade de elektroniska övergångarna är, desto effektivare är ljusemissionen när ämnet exciteras av ljus med andra våglängder eller elektrisk energi. Å andra sidan, störningar i molekylstrukturen kan utlösa icke-strålningsavslappning, och då, mest fluorescens går förlorad. Här, Yasuda och hans grupp fann att deras syntetiserade fluorofor, som har en långsträckt och relativt enkel symmetrisk struktur som innehåller välkända kromoforer, kan växla sina emissionsfärger mellan orange och grönt när man ändrar solid state-morfologier.

Författarna underbyggde sina fynd med röntgenkristallografiska analyser och teoretiska beräkningar. De fann att den amorfa fasen håller ett något avslappnat exciterat tillstånd jämfört med den kristallina. Detta förklarades av en vridning i molekylen, som inträffade i en annan vinkel när kristallstrukturen bröts. Följaktligen, ljuset som emitterades från det exciterade tillståndet i amorfa fas hade en längre våglängd än det som emitterades från det exciterade kristallina tillståndet.

En sådan tvåfärgs emission från olika fasta faser skulle kunna vara användbar för sofistikerade optoelektroniska och sensorapplikationer. De japanska författarna fann att ämnet avgav orange fluorescens när det avsattes som en tunn film, men den här färgen blev grön när filmen glödgades, det är, hölls vid hög temperatur och kyldes ner igen. Sedan repade de den glödgade filmen och fann orange fluorescens exakt vid repningsställena; till och med att skriva ord i orange fluorescens var möjligt.

En mer krävande tillämpning är den i organiska ljusavgivande enheter, OLED:erna. Inbäddad i en OLED-uppsättning, föreningen uppvisade ljus elektroluminescens, antingen i grönt när det är i den kristallina fasen eller i orange färg när det är i den amorfa fasen. Denna tvåfärgade elektroluminescens från ett pigment kan vara mycket intressant för den pågående forskningen om stimuli-känsliga smarta material.