Czerwone światło z węglowych nanorurek
Przy udziale Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udało się opracować metodę, dzięki której pod wpływem światła ultrafioletowego nanorurki świecą na czerwono. Dzięki temu mogą być wykorzystane np. do detekcji cząstek.
Jak poinformował IChF PAN w przesłanym komunikacie, efektywną metodę wytwarzania nowego materiału fotonicznego: nanorurek węglowych pokrytych kompleksami związków zdolnych do świecenia w czerwieni opracowali naukowcy działający w ramach międzynarodowego projektu FINELUMEN. Koordynuje go dr Nicola Armaroli z Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattivita, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISOF) w Bolonii.
„Uczestniczymy w projekcie jako grupa specjalizująca się w badaniach związków lantanowców. Postanowiliśmy połączyć ich znakomite własności emisyjne z doskonałymi cechami mechanicznymi i elektrycznymi nanorurek” – wyjaśnia prof. dr hab. Marek Pietraszkiewicz z warszawskiego Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN).
Jak wyjaśniają przedstawiciele IChF PAN, nanorurki węglowe można sobie wyobrażać jako zwinięte w rulon płachty grafitu. Zazwyczaj wyglądają jak czarny proszek. Trudno je zmusić do emitowania światła, bo doskonale przewodzą prąd i wychwytują energię innych, zdolnych do świecenia cząsteczek chemicznych, umieszczanych w ich pobliżu.
Powierzchnia boczna każdej nanorurki jest stosunkowo duża i pozwala na doczepienie wielu innych cząsteczek, w tym takich, które mogą świecić. „Przyłączanie świecących kompleksów bezpośrednio do nanorurki nie jest jednak korzystne, bo ta, jako czarny absorber, w wysokim stopniu tłumiłaby luminescencję” – tłumaczy doktorantka Valentina Utochnikova z IChF PAN.
„Aby zredukować niepożądany efekt absorpcji światła, nanorurki najpierw poddaje się reakcji termicznej zachodzącej w temperaturze 140-160 st. Celsjusza w roztworze cieczy jonowej modyfikowanej grupą azydkową. W wyniku reakcji nanorurki pokrywają się cząsteczkami pełniącymi rolę kotwic-łączników. Kotwice z jednej strony przyczepiają się do powierzchni nanorurki, z drugiej mogą przyłączać cząsteczki potrafiące emitować światło widzialne. Swobodny koniec każdego łącznika ma ładunek dodatni” – napisano w komunikacie.
Tak przygotowane nanorurki zostają przeniesione do innego roztworu, zawierającego ujemnie naładowany kompleks lantanowcowy – tetrakis-(4,4,4-trifluoro-1-(2-naftylo-1,3-butanodionian) europu. „Związki lantanowcowe, czyli zawierające pierwiastki z VI grupy układu okresowego, są bardzo atrakcyjne dla fotoniki, ponieważ charakteryzują się wysoką kwantową efektywnością świecenia oraz dużą czystością koloru emitowanego światła” -podkreśla Utochnikova.
Jak tłumacza naukowcy z Instytutu, po rozpuszczeniu w roztworze, ujemnie naładowane kompleksy europu dzięki oddziaływaniu elektrostatycznemu są samoistnie wyłapywane przez dodatnio naładowane swobodne końcówki kotwic na nanorurkach.
W wyniku procesu każda nanorurka zostaje trwale otoczona cząsteczkami zdolnymi emitować światło widzialne. Gdy reakcja dobiegnie końca, zmodyfikowane nanorurki poddaje się płukaniu i suszeniu. Ostatecznym produktem jest czarny jak sadza proszek. Wystarczy go jednak wystawić na promieniowanie ultrafioletowe, aby zakotwiczone na nanorurkach kompleksy lantanowcowe zaczęły świecić na czerwono.
Koncepcję modyfikacji nanorurek i substraty – ciecz jonową oraz kompleks lantanowcowy do pokrywania nanorurek węglowych – opracował zespół prof. Pietraszkiewicza w IChF PAN, natomiast modyfikacje nanorurek i badania spektralne wykonały zespoły badawcze z Uniwersytetu Namur w Belgii i Instytutu CNR-ISOF z Bolonii.
„Co istotne, reakcje chemiczne prowadzące do powstania nowych świecących nanorurek okazały się znacznie prostsze w realizacji od stosowanych dotychczas” – podkreślono w komunikacie.
Jak dodano, otrzymany materiał fotoniczny może być używany m.in. do detekcji cząsteczek, w tym o charakterze biologicznym.
„Identyfikacja następowałaby poprzez analizowanie zmian świecenia nanorurek po osadzeniu się na nich cząsteczek badanych substancji. Dobre przewodnictwo elektryczne w połączeniu z możliwością wydajnego świecenia czynią nowe nanorurki atrakcyjnym materiałem także dla technologii bazujących na organicznych diodach elektroluminescencyjnych OLED” – deklarują przedstawiciele IChF PAN.
Międzynarodowy projekt FINELUMEN jest realizowany w ramach akcji kształcenia początkowego naukowców Marie Curie Initial Training Networks, działającej w 7. Programie Ramowym Unii Europejskiej.
W komunikacie IChF PAN przypomina, że zagadnienia dotyczące nowych materiałów fotonicznych, w tym świecących nanorurek, były jednym z tematów niedawno zakończonych dwóch Szkół Letnich, organizowanych przez Instytut Chemii Fizycznej PAN i Fundację Polskiej Sieci Chemii Supramolekularnej: Międzynarodowej Szkoły Letniej „FINELUMEN” w Łochowie (http://fiss2011.pl/) oraz VIII Międzynarodowej Szkoły Letniej w Krutyni (http://ikss2011.pl/).
Szkoła w Krutyni dotyczyła zaawansowanych technologii fotowoltaicznych, a jej trzecim współorganizatorem był Uniwersytet w Edynburgu.
Zaloguj się Logowanie