Genom att formulera positivt laddade fluorescerande färgämnen till en ny klass av material som kallas småmolekylära joniska isoleringsgaller (SMILES), en föreningens lysande glöd kan sömlöst överföras till en fast, kristallint tillstånd, forskare rapporterar den 6 augusti i tidskriften Chem . Framsteget övervinner en mångårig barriär för att utveckla fluorescerande fasta ämnen, vilket resulterar i de ljusaste kända materialen som finns.

"Dessa material har potentiella tillämpningar inom vilken teknik som helst som behöver ljus fluorescens eller kräver design av optiska egenskaper, inklusive skörd av solenergi, biobildning, och lasrar, "säger Amar Flood, en kemist vid Indiana University och medförfattare i studien tillsammans med Bo Laursen från Köpenhamns universitet.

"Utöver dessa, det finns intressanta applikationer som inkluderar uppkonverterande ljus för att fånga mer av solspektrumet i solceller, ljusbytbara material som används för informationslagring och fotokromt glas, och cirkulärt polariserad luminescens som kan användas i 3D-displayteknik, "Säger Flood.

Medan det för närvarande finns mer än 100, 000 olika fluorescerande färgämnen tillgängliga, nästan ingen av dessa kan blandas och matchas på förutsägbara sätt för att skapa solida optiska material. Färgämnen tenderar att genomgå "släckning" när de går in i ett fast tillstånd på grund av hur de beter sig när de packas nära varandra, minska intensiteten av deras fluorescens för att producera en mer dämpad glöd.

"Problemet med släckning och mellanfärgningskoppling dyker upp när färgämnena står axel mot axel inuti fasta ämnen, "säger Flood." De kan inte låta bli att "röra" varandra. Som små barn som sitter vid sagostund, de stör varandra och slutar bete sig som individer. "

För att övervinna detta problem, Flood och kollegor blandade ett färgat färgämne med en färglös lösning av cyanostar, en stjärnformad makrocykelmolekyl som hindrar de fluorescerande molekylerna från att interagera när blandningen stelnar, behålla sina optiska egenskaper intakta. När blandningen blev fast, Leenden bildades, som forskarna sedan växte till kristaller, fälls ut till torra pulver, och slutligen centrifugerades till en tunn film eller införlivades direkt i polymerer. Eftersom cyanostar-makrocyklerna bildar byggstenar som genererar en gitterliknande schackbräda, forskarna kunde helt enkelt plugga in ett färgämne i gallret och utan ytterligare justeringar, strukturen skulle få sin färg och utseende.

Medan tidigare forskning redan hade utvecklat ett tillvägagångssätt för att skilja mellan färgämnena med hjälp av makrocykelmolekyler, den förlitade sig på färgade makrocykler för att göra jobbet. Flood och kollegor fann att färglösa makrocyklar var nyckeln.

"Vissa människor tycker att färglösa makrocyklar är oattraktiva, men de tillät isoleringsgitteret att fullt ut uttrycka den ljusa fluorescensen hos färgämnena som inte är behäftade med makrocyklernas färger, säger Flood.

Nästa, forskarna planerar att utforska egenskaperna hos fluorescerande material som bildats med denna nya teknik, gör det möjligt för dem att arbeta med färgämnen i framtiden för att förverkliga materialens fulla potential i en mängd olika applikationer.

"Dessa material är helt nya, så vi vet inte vilka av deras medfödda egenskaper som faktiskt kommer att erbjuda överlägsen funktionalitet, "säger Flood." Vi känner inte heller till materialets gränser. Så, vi kommer att utveckla en grundläggande förståelse för hur de fungerar, ger en robust uppsättning designregler för att göra nya fastigheter. Detta är avgörande för att lägga detta material i händerna på andra - vi vill fortsätta att skaffa publik och arbeta med andra i detta arbete. "