Sztuczna biel przyjazna dla wzroku
Nowa klasa substancji organicznych, odkryta przez naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN i Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, emituje światło białe o widmie ciągłym.
Osiągnięcie dostarcza eksperymentalnego dowodu, że do budowy źródeł światła i wyświetlaczy przyjaznych dla naszych oczu będzie można użyć zaledwie jednoskładnikowego luminoforu.
Zmęczenie oczu i wrażenie sztuczności bieli są znane wszystkim osobom przebywającym w pomieszczeniach oświetlonych za pomocą popularnych źródeł nietermicznych, takich jak świetlówki czy diody elektroluminescencyjne. Od lat naukowcy w laboratoriach świata próbują wyeliminować te nieprzyjemne efekty uboczne i poszukują metod odtworzenia najbardziej dla nas naturalnego światła słonecznego.
W Instytucie Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) pokazano, że cel ten jest możliwy do zrealizowania. „Odkryliśmy klasę cząsteczek organicznych emitujących białe światło o widmie ciągłym, pokrywającym niemal cały zakres widzialny” – mówi kierujący badaniami dr hab. inż. Jerzy Karpiuk z IChF PAN. Istotny jest przy tym fakt, że emisję światła białego otrzymano z jednego związku chemicznego o bardzo prostej budowie.
Biel jest kolorem specyficznym, powstającym wskutek mieszania fal świetlnych o wszystkich długościach z zakresu widzialnego, tj. od ok. 420 do ok. 730 nanometrów (jeden nanometr to miliardowa część metra). Tymczasem biel świetlówek i podobnych sztucznych źródeł to wynik złożenia zaledwie trzech kolorów: czerwonego, zielonego i niebieskiego, pochodzących w znacznej części z nieciągłych emisji różnych luminoforów nieorganicznych (halofosforanowych lub trójfosforowych). W tak otrzymanym świetle brakuje wielu barw składowych i właśnie ten efekt jest odpowiedzialny za nieprzyjemne doznania wzrokowe. Konieczność stosowania kilku substancji obniża sprawność energetyczną zbudowanych z nich źródeł światła i komplikuje technologię produkcji.
Zespół naukowców w składzie Jerzy Karpiuk (IChF PAN), Ewelina Karolak (IChF PAN) i Jacek Nowacki (Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego) zaobserwował białą emisję światła, pokrywającą w sposób ciągły praktycznie cały zakres widzialny. Jej źródłem jest lakton fioletu krystalicznego (Crystal Violet Lactone, CVL), substancja produkowana w masowych ilościach i powszechnie stosowana w papierach samokopiujących jako tzw. prekursor barwnika. Cząsteczka CVL ma wbudowane w strukturę dwa fluorofory odpowiedzialne za emisję światła: jeden – niebieskiego, drugi – pomarańczowego. Udział emisji każdego z nich w podwójnej fluorescencji CVL silnie zależy od otoczenia cząsteczki, które modyfikuje energie ich stanów wzbudzonych. „Dobierając odpowiednio otoczenie można kontrolować parametry widma emisji, a co za tym idzie, sterować barwą lub odcieniem uzyskiwanej bieli” – mówi doktorantka Ewelina Karolak z IChF PAN.
„Szersze znaczenie naszych prac polega na odkryciu, że biała fluorescencja jest ogólną właściwością cząsteczek o strukturze typu CVL. Zależność energetyki stanów wzbudzonych od struktury cząsteczek pozwala nam przewidywać szerokość, kształt i inne parametry widma podwójnej fluorescencji. Dzięki temu możemy projektować białe fluorofory pod kątem konkretnych potrzeb” – dodaje dr hab. inż. Karpiuk. Okazuje się, że nawet bardzo małe cząsteczki organiczne mogą emitować ciągłe światło białe. Fakt ten otwiera drogę do budowy nowatorskich, przyjaznych dla oczu źródeł światła.
Emisja światła białego przez tak proste układy molekularne jak lakton fioletu krystalicznego jest pożądanym i poszukiwanym zjawiskiem, głównie ze względu na ewentualne wykorzystanie go w organicznych diodach luminescencyjnych OLED. Droga do zastosowań jest jednak daleka, ponieważ sam lakton fioletu krystalicznego emituje światło o niewielkim natężeniu i źródła światła zbudowane z jego użyciem miałyby za małą sprawność, by trafić do masowej produkcji. „Najważniejszy jest jednak fakt, że udało się nam w praktyce pokazać słuszność pewnej koncepcji. Teraz mamy pewność, że zbudowanie źródeł światła odtwarzających naturalną biel jest tylko kwestią czasu” – podsumowuje odkrycie dr hab. inż. Karpiuk.
Artykuł informujący o odkryciu białej fluorescencji został opublikowany na łamach czasopisma „Physical Chemistry Chemical Physics”.
Zaloguj się Logowanie