Les scientifiques créent des objets fluorescents incroyablement lumineux

La fluorescence est généralement associée aux gaz ou aux liquides, mais une équipe de chimistes a mis au point une nouvelle formule qui donne aux matériaux solides une lueur fluorescente caractéristique.

Nouveau recherche publié aujourd’hui dans la revue scientifique Chem décrit un matériau nouvellement développé, surnommé SMILES, qui peut être transformé en un état solide et cristallin avec une lueur fluorescente inhabituellement brillante lorsqu’il est vu sous la lumière ultraviolette. La nouvelle formulation pourrait éventuellement être utilisée dans un large éventail d’applications, de la récupération d’énergie solaire et des lasers à l’état solide à la bioimagerie. et les technologies d’affichage 3D – en gros, tout type de technologie qui nécessite une fluorescence brillante.

La fluorescence décrit une classe de produits chimiques capables d’émettre de la lumière visible après avoir absorbé une longueur d’onde invisible et plus courte rayonnement comme lumière ultraviolette. Ceci est généralement réalisé avec des gaz ou des liquides, qui ne sont pas des états de la matière idéaux lorsqu’ils sont intégrés à la technologie, car ils sont difficiles à contenir et à fabriquer, selon Amar Flood, chimiste à l’Université de l’Indiana et co-auteur principal de l’étude. En effet, les gaz et les liquides ont tendance à fuir, entre autres défauts.

Les solides, en revanche, «vous permettent d’emballer plus de molécules de colorant fluorescent dans un espace plus petit, de sorte que l’empreinte est plus petite», a expliqué Flood dans un e-mail. « Par exemple, un petit glaçon fond en une cuillère à soupe d’eau liquide et la même quantité prend la taille d’un ballon de plage lorsqu’elle est transformée en gaz. »

La préférence pour les matériaux solides est également une question de certitude, a-t-il déclaré.

«Dans les solides, nous savons où sont les choses parce qu’elles restent en place», a expliqué Flood. «Il devient donc plus attrayant de commencer à concevoir des propriétés en solides, car nous pouvons contrôler les structures intérieures.»

Le développement de matériaux fluorescents solides représente en quelque sorte un Saint Graal pour les chimistes en raison d’un phénomène appelé «trempe». Cela se produit lorsque les colorants fluorescents, après être entrés dans un état solide, sont écrasés ensemble, produisant une lueur sourde. Cette proximité étroite provoque des interférences et les colorants cessent de se comporter comme des ingrédients autonomes. Malheureusement, «lorsqu’ils mettent des colorants dans des solides, ils s’associent et arrêtent de produire de la fluorescence – ils changent également de couleur de manière imprévisible», a déclaré Flood.

Pour résoudre ce problème, Flood, avec l’aide du co-auteur Bo Laursen de l’Université de Copenhague, a pris des colorants colorés et les a mélangés avec une solution incolore contenant une molécule en forme d’étoile connue sous le nom de cyanostar. Cela a permis d’éviter les interactions indésirables entre les colorants fluorescents lorsque la formule a été transformée en un état solide, permettant aux colorants de conserver leurs qualités fluorescentes. Le mélange solide, un état connu sous le nom de SMILES, ou réseau d’isolement ionique à petites molécules, a essentiellement abouti à une structure de type réseau, dans laquelle les colorants pouvaient rester intacts et isolés.

En utilisant les matériaux SMILES, les chimistes ont créé des objets imprimés en 3D, appelés gyroïdes, qui brillent sous la lumière ultraviolette.

Des matériaux fluorescents brillants ont déjà été créés, que Flood a décrits comme des «pièces uniques» et même des «douves» en raison de la manière par essais et erreurs dont ces matériaux ont été développés.

«Nous permettons au processus de devenir infaillible en proposant des règles de conception», a-t-il déclaré, ajoutant que la percée essentielle était «d’explorer les idées d’auto-assemblage hiérarchique, ou comment faire des solides former des treillis réguliers.» La clé de cela était les cyanostars, qui n’ont pas de couleur. En conséquence, «ils produisent le treillis en damier mais ne jouent pas d’autre rôle que celui d’isolement», donc en le solide, les colorants «n’interfèrent plus les uns avec les autres pour désactiver la fluorescence et changer la couleur», a expliqué Flood.

Lors des tests, les nouveaux matériaux étaient 30 fois plus brillants qu’un matériau de référence connu sous le nom de séléniure de cadmium les points quantiques, qui sont utilisés pour les diagnostics médicaux.

Pour l’avenir, Flood et ses collègues prévoient d’explorer les tolérances et les propriétés mécaniques de ce nouveau matériau, qui déterminera son adéquation à une large gamme d’applications possibles.