Glow-in-the-dark verven die een verbeterde flexibiliteit en transparantie hebben, terwijl ze ook goedkoper en gemakkelijker te produceren zijn, komen eraan dankzij nieuw onderzoek van de Kyushu University. In een baanbrekende demonstratie lichtemissie van meer dan een uur werd bereikt uit organische materialen, die ook veelbelovend zijn voor het ontsluiten van nieuwe toepassingen zoals in bio-imaging.

Gebaseerd op een proces dat persistente luminescentie wordt genoemd, glow-in-the-dark materialen werken door het langzaam vrijgeven van energie die wordt geabsorbeerd door omgevingslicht. Gebruikt in horloges en noodborden, commerciële glow-in-the-dark materialen zijn gebaseerd op anorganische verbindingen en omvatten zeldzame metalen zoals europium en dysprosium. Echter, deze materialen zijn duur, hoge temperaturen nodig om te produceren, en verstrooid licht - in plaats van transparant te zijn - wanneer het wordt vermalen tot poeders voor verf.

Op koolstof gebaseerde organische materialen - vergelijkbaar met die gebruikt in kunststoffen en pigmenten - kunnen veel van deze nadelen overwinnen. Ze kunnen uitstekende emitters zijn en worden al veel gebruikt in organische lichtemitterende diodes (OLED's). Maar het bereiken van een langlevende emissie was moeilijk, en de langste emissie van organische stoffen onder binnenverlichting bij kamertemperatuur was, tot nu, slechts een paar minuten.

Onderzoekers van het Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) van de Kyushu University hebben deze limiet nu doorbroken met behulp van eenvoudige mengsels van twee geschikte moleculen. In films gevormd door het samensmelten van moleculen die elektronen afstaan ​​en diegene die elektronen accepteren, Een emissie van meer dan een uur werd voor het eerst aangetoond van organische materialen zonder de noodzaak van intense lichtbronnen of lage temperaturen.

"Veel organische materialen kunnen energie gebruiken die door licht wordt geabsorbeerd om licht van een andere kleur uit te stralen, maar deze emissie is over het algemeen snel omdat de energie direct wordt opgeslagen op het molecuul dat de emissie produceert, " zegt Ryota Kabe, hoofdauteur van de paper die deze nieuwe bevindingen rapporteert.

"Daarentegen, onze mengsels slaan de energie op in elektrische ladingen die over een langere afstand gescheiden zijn. Deze extra stap stelt ons in staat om de afgifte van de energie als licht aanzienlijk te vertragen, waardoor het glow-in-the-dark-effect wordt bereikt."

In de mengsels, absorptie van licht door een elektronen-accepterend molecuul, of acceptant, geeft het molecuul extra energie die het kan gebruiken om een ​​elektron te verwijderen uit een elektronendonerend molecuul, of schenker. Deze overdracht van een elektron is in feite hetzelfde als een positieve lading die wordt overgedragen van de acceptor naar de donor.

Het extra elektron op de acceptor kan dan naar andere acceptoren springen en weggaan van de positief geladen donor, waardoor de lasten worden gescheiden. De gescheiden ladingen komen geleidelijk weer bij elkaar - sommige langzaam en sommige sneller - en geven hun energie af als licht in een tijdsbestek van bijna een uur.

De mengsels en processen zijn vergelijkbaar met die in organische zonnecellen en OLED's. Na het opbouwen van gescheiden ladingen zoals in een zonnecel, de aanklacht kan nergens ontsnappen, dus komen ze uiteindelijk weer samen om licht uit te stralen als een OLED. Het belangrijkste verschil in de nieuw ontwikkelde mengsels is dat de ladingen gedurende zeer lange perioden in een gescheiden toestand kunnen bestaan.

"Met biologische we hebben een geweldige kans om de kosten van glow-in-the-dark materialen te verlagen, dus de eerste plaats waar we een impact verwachten, zijn toepassingen voor grote oppervlakken, zoals gloeiende gangen of wegen voor extra veiligheid, " zegt Chihaya Adachi, directeur van OPERA.

"Daarna, we kunnen gaan nadenken over het benutten van de veelzijdigheid van organische materialen om glow-in-the-dark stoffen en ramen te ontwikkelen, of zelfs biocompatibele sondes voor medische beeldvorming."

De eerste uitdaging die op weg naar de praktijk moet worden aangepakt, is de gevoeligheid van het proces voor zuurstof en water. Beschermende barrières worden al gebruikt in organische elektronica en anorganische glow-in-the-dark materialen, dus de onderzoekers hebben er alle vertrouwen in dat er een oplossing kan worden gevonden. gelijktijdig, ze onderzoeken ook nieuwe moleculaire structuren om de emissieduur en efficiëntie te verhogen en om de kleur te veranderen.

Met de inspanningen om deze resterende problemen op te lossen, een nieuwe golf van glow-in-the-dark materialen op basis van organische stoffen lijkt klaar om het gebied te versterken en hun toepassingen uit te breiden.