Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Принцип работы
Рис. 2. Синтез биядерного комплекса
Рис. Желтая люминесценция
Рис. 4. Полное гашение люминесценции
Рис. 5. Длинный хвост: все равно полное гашение
Рис. 6. Причина гашения - п-стекинг
Рис. 7. Белая люминесценция одной молекулы.

Молекулы с люминесценцией... белого цвета!

Ключевые слова:  комплексы, люминесценция, ОСИД, периодика

Автор(ы): M. Ward

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

10 октября 2010

Создание белых светодиодов было названо одним из основных достижений нанотехнологии. Но назвать – одно дело, а создать эффективный светодиод – совсем другое. Подобрать материалы с яркой люминесценцией таких цветов, чтобы в сумме получился белый, собрать их в нужной пропорции – ведь ошибка в яркости любого слоя приведет к синему, красному или зеленому цвету – все это задача непростая. Но пока каждая группа ученых бьется над частями этой проблемы по отдельности, Майкл Уорд решил объединить задачу поиска люминесцирующих материалов и их комбинирования для получения белого света в одну. И помогла ему в этом идея ап-конверсии, о которой Нанометр уже писал раньше довольно подробно. Напомним вкратце. Вместо того, чтобы возбуждать люминесценцию координационных соединений лантанидов при поглощении ультрафиолета органической частью, можно заменить органические лиганды на соединения d-элементов. Они поглощают свет с большей длиной волны, но могут не только сами переизлучать его, давая свечение во всем видимом диапазоне, что также исследуется во всем мире, а передавать возбуждение на связанный с ними ион лантанида – европия, неодима, эрбия... В результате этого люминесцировать будет именно он, а энергия возбуждения заметно снизится. Эффективность такой передачи энергии обычно становится основными критерием выбора комплекса d-металла, но вот что будет, если передача энергии с такого соединения на ион, например, европия будет не полной? Остаточная энергия будет высвечиваться самим комплексом d-металла, и в результате мы получим наложение цветов, например, красного от европия и синего от комплекса платины.

Таким образом, если подобрать люминофор так, чтобы он частично возбуждал центральный ион европия, а частично сам излучал свет с такой длиной волны, чтобы в итоге получилось белое излучение, можно создать биядерный комплекс, обладающий сбалансированной белой люминесценцией!

Дополнительным преимуществом является то, что подобные биядерные комплексы зачастую легко синтезировать: их синтез проводится подобно синтезу простых координационных соединений с той лишь разницей, что лиганд уже предварительно связан с атомом d-металла. Первый же эксперимент по созданию кмплекса гексафторацетилацетоната европия с иридий-бипиридином приводит к частичному успеху: при титровании комплекса иридия комплексом европия люминесценция первого постепенно исчезает, привнося взамен красную компоненту. Частичное гашение люминесценции иридиевого комплекса с остаточным временем жизни возбужденного состояния приводит к возникновению желтого излучения: сумма красного излучение европия и зеленого излучения комплекса иридия. Для получения белого света нам нужен иридиевый комплекс с синей люминесценцией, например, тот, что показан на Рис.4. Химикам снова везет: координация со вторичным диимином приводит к сенсибилизации люминесценции европия, и на некотором этапе удается наблюдать белую люминесценцию! Но вот беда: этот лиганд уж слишком хорош, и в результате его люминесценция полностью гасится, уступая место красному свечению иона европия. Можно оставить дело и так, используя в качестве люминофора смесь продуктов, но это не решение, и ученые движутся дальше, стараясь теперь уже найти соединение, люминесценция которого будет гаситься с сенсибилизацией излучения европия, но не полностью. Выбор падает на лиганды с длинными насыщенными мостиками: возможно, они будут предотвращать эффективный энергетический транспорт. Однако первый эксперимент не обречен на успех: гашение люминесценции все еще полное. Связано это оказалось с тем, что ароматический электрон-обогащенный нафтильный фрагмент вступает в эффективный п-стекинг с электрон-обедненным F2PhPy фрагментом, а подвижность метиленовой группы только способствует тому, что такой стекинг сохраняется и в итоговом биядерном комплексе. Что в итоге? Малое расстояние Eu-Ir, избежать которого должен был позволить длинный хвост, и - эффективный транспорт энергии. Ответ прост: п-стекинга надо избежать! Объемные CF3-группы должны создать стерические затруднения для эффективного п-стекинга, и это происходит. Гашение люминесценции происходит только на 50%, и в итоговом комплексе с константой скорости передачи энергии 7*105 с-1 баланс между красной и сине-зеленой компонентой приводит к возникновению белого излучения.

Итак, белый люминофор - биядерный комплекс иридия-европия - был получен!




Статья основана на лекции, прочитанной проф. М. Уордом на Первой международной конференции по люминесценции лантанидов



Средний балл: 10.0 (голосов 5)

 


Комментарии

Интересно !!!
Валентина Владимировна! А описанное можно сделать "на коленке", например, в школьных захудалых условиях? И как это можно реализовать? Спасибо за ответ.
Андрей, 11 октября 2010 00:27 
Можно, главное не перемудрить...
Если в школе есть иридий...
Клюев Павел Геннадиевич, 11 октября 2010 11:04 
а вдруг ;-)
Синтез иридиевого соединения довольно сложен, так что наковырять иридия из сережек - это еще не все.
А если иридиевую половинку раздобыть удастся, то дальше уже все синтезы простые :)
Здорово...
Только спектр на рис. 7 - это таки ни разу не белый свет (у которого должны быть изрядные и УФ и ИК "хвосты"). Возможно - визуально белый.
А к чему относится третий по порядку, но непронумерованный рисунок? И вполне планковского вида спектр на нем?
Владимир Владимирович, 11 октября 2010 15:53 
Очень интересная публикация

А кто делает сережки из иридия??
(Разве только добавляют 10% в другой драгоценнейший по нынешним временам ювелирный металл)

Александр Валерьевич,
А разве у самого натурального белого солнечного спектра нет УФ и ИК хвостов?
Владимир Владимирович, дык в том то и дело, что у настоящего - есть. А на рис. 7?
Владимир Владимирович, 11 октября 2010 16:55 
Александр Валерьевич,
Извините, не понял Ваш комментарий и ляпнул не разобравши. Действительно, особенно ближний УФ - важная компонента натурального белого спектра.
Кнотько Александр Валерьевич
Это тот, который получился желтый, потому что иридий был не синий, а сине-зеленый. Так сказать, первый опыт...

Да, он и на глаз не идеально белый, но тут я думаю будет уже больше перебора, а пока вполне достойная реализации красивой идеи.
Владимир Владимирович,

из платины точно делает Тиффани, и у них кажется и иридий есть.
Ну если я ушибаюсь - то придется выделять из сережк иридий отдельной стадией :)
Владимир Владимирович, 11 октября 2010 18:13 
ЗдОрово!
Возвращаясь к вопросу Ангелины Валерьевны, вырисовывается замечательный школьный проект: из множества платиновых украшений Тиффани отбирается иридоплатина, далее жертвенно и целеустремленно выделяется иридий, и после нескольких стадий тонкого химического синтеза на коленке юным дарованиям забрезжит белый свет.
... а если представить проект на очередном Селигере, то за него дадут миллионы и он себя оправдает. Школьница будет ездить на Мерседесе.

Все, флуд начался.

А так просто хочу сказать, что Валя молодец
Валя молодец без всяких сомнений.
Палии Наталия Алексеевна, 12 октября 2010 12:53 
А как же европий?

после нескольких стадий тонкого химического синтеза на коленке юным дарованиям забрезжит белый свет...- Впрочем, у дарований есть шанс еще попробовать себя и в молекулярной биологии - смотри Garage biology и Garage biotech: Life hackers, а также в физике "sometimes there are very simple experiments and very simple discoveries to be made using what is at hand,"- A. Geim
Валь, и подход Уорда, и твоя заметка - это здорово. И если его разработка будет использована, например, в фонарике или светильнике - тоже здорово. Но вот, что-то я опасаюсь, что при такой саморекламе ("белый люминофор") через годик-другой увидим мы статьи китайских авторов, использующих энтот фонарик для моделирования белого света при, "разработке", например, тех же фотокатализаторов. Причем в "топовых" журналах.
Ну европий гораздо дешевле...

Да, насчет моделирования - это не подходит, конечно, только для лампочек.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Фотонный кристалл
Фотонный кристалл

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.