化学实验做出有史以来最亮的荧光材料

世界上有一种新的最明亮的荧光材料，这是同类产品中的第一个。一组化学家没有尝试改善荧光分子，而是开发了一种可以保留荧光染料光学特性的新材料。

这有效地防止了生产荧光材料的最大问题之一-荧光染料从液体转变为固态时趋于褪色和变色的趋势。这项工作不仅仅是为了好玩而已。

印第安纳大学的化学家Amar Flood说： “这些材料在任何需要明亮荧光或要求设计光学特性的技术中都有潜在的应用，包括太阳能收集，生物成像和激光。

“除此之外，还有有趣的应用，包括上转换光以捕获太阳能电池中更多的太阳光谱，用于信息存储和光致变色玻璃的光可切换材料以及可用于3D显示技术的圆偏振发光。”

荧光分子吸收光，然后以更长的较低能量波长重新发射。除了在学校笔记中使用的荧光笔外，它们还具有许多实际应用，从细胞研究中的荧光生物标记到OLED屏幕技术。

但是，迄今为止已开发出超过100,000种荧光染料，几乎没有一种能够可预测和可靠地混合。创建固态荧光材料同样具有挑战性。当染料转变为固体时，它们趋于淬灭（亮度变暗），颜色改变，并且 量子效率 降低。

不是说化学家不明白为什么会这样。这是一个很容易理解的现象，称为激子耦合。当染料转变成固体时，它们紧密堆积在一起，导致它们偶联。

由这种耦合引起的光学变化很难预测，但是可以肯定地说，很难将荧光液体的光学性质可靠地转移到固体上。

使用新材料进行3D打印的形状。（Amar Flood）

Flood说： “当染料在固体中肩并肩站立时，就会出现淬灭和染料间偶联的问题。” “他们忍不住彼此'碰触'。就像坐在故事时间的幼儿一样，他们互相干扰，不再表现为个人。”

因此，该团队基于使荧光分子分开而开发了解决该问题的方法。他们采取了一种无色的大环分子溶液， 称为氰基恒星，并将其与荧光染料混合。

大环（一类环状分子）的使用并不是什么新主意，其他人以前也尝试过。但是最大的不同是，这些较早的尝试使用了彩色宏周期。

随着他们新溶液的干燥，它形成了团队所谓的小分子离子隔离晶格（SMILES），可以有效地使染料分子彼此隔开，防止它们相互作用，并以高保真度保留其光学特性。

“有些人认为无色大环化合物没有吸引力，但他们允许隔离晶格充分表达染料的明亮荧光，不受大环化合物颜色的影响，” Flood说。

新材料在白光下（左）和紫外线下（右）。（Amar Flood）

然后可以从多个方向获取此材料。它可以长成晶体。可以形成干粉；或者可以将其直接掺入聚合物中。研究人员发现，它可以与几种市售荧光染料完美配合，他们在论文中说，“将这些材料标记为即插即用”。

这意味着任何当前可用的荧光染料都应与该团队的大环溶液一起使用，以产生出华丽发光的固体材料，该材料可以准确地保留液体染料的特性。

但是在此之前，仍有很多工作要做。第一步是开发材料。现在，团队必须研究它。

“这些材料是全新的，因此我们不知道它们的哪些先天特性实际上将提供卓越的功能，” Flood说。

“我们也不知道材料的极限。因此，我们将对它们的工作方式有一个基本的了解，为制造新性能提供一套可靠的设计规则。这对于将这些材料交到其他人手中至关重要–我们希望进行众包并与他人合作。”

该研究已在Cell Press上发表。