В отношении гибридных материалов с одним органическим компонентом и другим неорганическим компонентом цель состоит в том, чтобы объединить лучшие свойства каждого из них в единую систему. Лаборатории по всему миру работают над разработкой новых гибридных материалов для технологических приложений, в частности, в нанотехнологиях, и эти материалы уже используются в легких материалах для автомобилей, спортивного оборудования, в биомиметических материалах, таких как протезы и т. Д.
Гибридный материал, к которому стремится исследовательская группа Департамента физической химии, должен удовлетворять ряду очень специфических требований. Неорганический материал-хозяин должен иметь кристаллическую структуру с параллельными наноканалами, чтобы молекулы в гостевом органическом материале, красителе, могли быть выровнены; размер пор хозяина должен быть менее 1 нм (миллионная часть миллиметра), чтобы краситель как раз подходил; наконец, нужен был не один, а два красителя одинакового размера и формы, но они должны были обладать дополнительными оптическими свойствами, которые по-разному реагировали бы на стимулирование светом.Таким образом, основная задача заключалась в том, чтобы достичь идеального соответствия между неорганической наноструктурой и молекулами красителя. Они достигли этого, используя в качестве материала-хозяина алюмофосфат (AIPO-11), который имеет подходящий размер пор для размещения красителей со структурой трех конденсированных бензольных колец, таких как выбранные: пиронин с зеленой флуоресценцией и акридин с синим цветом. флуоресценция. «Красители поступают по порядку, они выстраиваются вдоль наноканалов, и их флуоресцентные свойства улучшаются в них», — объяснила Вирджиния Мартинез, исследователь Ramon y Cajal из группы молекулярной спектроскопии.
Улучшение обусловлено не только тем фактом, что молекулярная гибкость красителя ограничена, но и тем, что последний включен мономерно, другими словами, он входит в канал отдельными единицами, и благодаря этому они обладают высокой люминесцентностью, поскольку флуоресценция теряется при их добавлении.Процедура синтеза сыграла решающую роль в достижении этой идеальной совместимости. Обычно в фотоактивных гибридных материалах органическая часть вводится в неорганическую часть из газовой или жидкой фазы посредством диффузии, но с помощью этого метода не удалось достичь уровня окклюзии, необходимого для этого исследования.
Поэтому они решили вставить краситель в гель, с помощью которого синтезируется неорганический материал, чтобы по мере роста кристалла органический хромофор постепенно встраивался.Вначале они добавили единственный краситель, пиронин, и получили очень люминесцентный материал.
Фактически, с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии они зарегистрировали почти полное выравнивание молекул красителя вдоль канала (дихроичное соотношение 40), выравнивание, о котором ранее не сообщалось.Затем они продолжили одновременное включение пиронина и акридина в процесс синтеза и получили прямоугольные кристаллы размером 30 х 20 микрон, которые поразительно меняли цвет в зависимости от поляризации света, которым они освещались: если поляризация имела место вдоль канал был виден как зеленый; если это произошло перпендикулярно, он отображал синий цвет. Такое поведение указывает на то, что между красителями происходит передача энергии.
«Настройка цвета также является мгновенным и эффективным процессом, который можно полностью изменить и воспроизвести с высокой устойчивостью к усталости», — отметил Иниго Лопес-Арбелоа. Таким образом, потенциальные применения фотоактивных гибридных материалов этого типа многочисленны: они могут использоваться в качестве антенн в фотоэлектрических элементах, для хранения информации, в фотонных кабелях, в лазерных системах и т. Д. Фактически, новый гибридный материал представляет собой прогресс в области разработка перестраиваемых твердотельных лазеров, представляющих большой биомедицинский интерес, поскольку они проще в использовании и меньше загрязняют окружающую среду, чем жидкости, используемые в настоящее время.