Miért fontosak a fénykibocsátó molekulák?
A fluoroforok olyan vegyületek, amelyek képesek elnyelni egy adott hullámhosszúságú fényt, majd azt alacsonyabb energiájú fényként kibocsátani. A modern kijelzők – például OLED-panelek – kék, vörös vagy zöld fényének forrásai, de kulcsszerepük van abban is, hogy orvosok és kutatók sejteket és szöveteket világíthassanak meg. A kijelzők és szenzorok szilárd, a biológiai alkalmazások pedig többnyire folyékony fluoroforokat igényelnek. A legtöbb molekula azonban csak az egyik formában működik jól; most azonban először sikerült olyat alkotni, amely mindkettőben kimagasló teljesítményt nyújt.
Rekorder hatékonyság
Az újonnan kifejlesztett, TGlu nevű molekula kvantumhatékonysága szilárd állapotban 98%, oldatként pedig 94%. Ez azt jelenti, hogy az elnyelt UV-fény szinte teljes mértékben látható kék fénnyé alakul vissza, rendkívül kevés veszteséggel. A legtöbb esetben a molekulák szilárd halmazállapotban, amikor közel kerülnek egymáshoz, gyengébben működnek. Az új TGlu azonban ebben is kiemelkedik.
Egyszerű molekulatervezés, látványos eredmények
A siker titka meglepően egyszerű: a molekula alapját egyetlen benzolgyűrű adja, amelyhez két-két elektrondonor és elektronelfogadó csoport csatlakozik, egymással szemben elhelyezve. Ez a négyes rendszer – kvadrupoláris szerkezet – szimmetrikusan osztja el a töltést, stabilizálva a kibocsátott fényt különféle környezetekben, legyen az oldat vagy szilárd kristály.
A kis molekulaméret miatt az elektronszintek közötti ugrás nagyobb energialépcsőt jelent, így kék fény szabadul fel, ahelyett, hogy a szín a vörös irányába tolódna el. Ráadásul a dizájn úgy szab gátat az energiaveszteségnek, hogy akadályozza az úgynevezett kúpszerű metszéspontok kialakulását, amelyek más esetben a hőként elvesző energia “kijáratait” jelentik. Így még kis energiaszintkülönbségnél is kiemelkedően fényes marad a molekula – ez az ún. inverz energiarés-hatás.
Egyszerű előállítás, olcsóbb jövőbeli alkalmazások
A TGlu ipari szempontból is ígéretes: előállítása mindössze három lépésből áll, így könnyen és olcsón gyártható, ami jelentősen csökkenti a potenciális költségeket. A kutatók következő célja, hogy módosítsák a sávszélességet, és így különböző színű fénykibocsátásra hangolják a molekulát. Emellett folynak a tesztek annak vizsgálatára, hogy elektromos áram hatására is annyira hatékonyan világít-e, mint fénnyel gerjesztve. Végül pedig a foszforeszkáló változat kifejlesztése következik, amely további energiahatékonyságot hozhat a kijelzőtechnológiákba.
A fejlesztésben spanyol, német és koreai kutatók is részt vettek.
