Светящиеся углеродные нанотрубки
– удалось модифицировать черные углеродные нанотрубки, чтобы они излучали красный свет. Это было непросто, потому что их идеальный черный цвет поглощал большую часть светового спектра. Полученный фотонный материал можно использовать, в том числе для обнаружения молекул, даже биологических. Идентификация будет происходить путем анализа изменения свечения нанотрубок после нанесения на них молекул испытуемых веществ. Углеродные нанотрубки обычно выглядят как черный порошок. Их трудно заставить излучать свет, потому что они отлично проводят электричество и улавливают энергию других светящихся химических молекул, находящихся рядом с ними. При участии Института физической химии Польской академии наук в Варшаве удалось разработать относительно простой метод, благодаря которому нанотрубки светятся красным под воздействием ультрафиолета. Ученые, работающие в рамках международного проекта FINELUMEN, координируемого доктором Никола Армароли из Института органического синтеза и фотореативиты, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISOF) в Болонье, разработали эффективный метод производства нового фотонного материала. : углеродные нанотрубки, покрытые комплексами соединений, способных светиться красным цветом. «Мы участвуем в проекте как группа, специализирующаяся на исследованиях соединений лантаноидов. «Мы решили объединить их превосходные эмиссионные свойства с превосходными механическими и электрическими свойствами нанотрубок», — говорит проф. доктор хаб. Марек Петрашкевич из Варшавского института физической химии Польской академии наук (IPC PAS).
Углеродные нанотрубки можно представить как свернутый лист графита. Площадь боковой поверхности каждой нанотрубки относительно велика и позволяет присоединяться многим другим молекулам, в том числе способным светиться. «Однако прикреплять светящиеся комплексы непосредственно к нанотрубке невыгодно, потому что она, как черный поглотитель, будет сильно подавлять люминесценцию», — поясняет Валентина Уточникова, аспирант ИХН ПАН. Для уменьшения нежелательного эффекта светопоглощения нанотрубки предварительно подвергают термической реакции при температуре 140-160°С в растворе ионной жидкости, модифицированной азидом.. В результате реакции нанотрубки покрываются молекулами, выполняющими роль якорей-соединителей. С одной стороны якоря прилипают к поверхности нанотрубки, а с другой к ним можно прикреплять молекулы, способные излучать видимый свет. Свободный конец каждого звена заряжен положительно.
Подготовленные таким образом нанотрубки переносят в другой раствор, содержащий отрицательно заряженный комплекс лантанидов? тетракис-(4,4,4-трифтор-1-(2-нафтил-1,3-бутандионат)европия». Соединения лантанидов, т.е. содержащие элементы из VI группы таблицы Менделеева, очень привлекательны для фотоники, поскольку они характеризуются высокой квантовой эффективностью освещения и высокой чистотой цвета излучаемого света, — подчеркивает Уточникова.
После растворения в растворе отрицательно заряженные комплексы европия самопроизвольно захватываются за счет электростатического взаимодействия положительно заряженными свободными якорными кончиками нанотрубок. В результате процесса каждая нанотрубка постоянно окружена частицами, способными излучать видимый свет. По завершении реакции модифицированные нанотрубки промывают и сушат. Конечным продуктом является черный порошок. Однако достаточно подвергнуть его воздействию ультрафиолетового излучения, чтобы комплексы лантанидов, закрепленные на нанотрубках, стали светиться красным.
Концепция модификации нанотрубок и субстратов? ионная жидкость и комплекс лантанидов для покрытия углеродных нанотрубок? разработан командой проф. Петрашкевича в IPC PAS, а модификации нанотрубок и спектральные тесты были выполнены исследовательскими группами из Намюрского университета в Бельгии и Института CNR-ISOF из Болоньи. Важно отметить, что химические реакции, приводящие к созданию новых светящихся нанотрубок, оказались намного проще в реализации, чем использовавшиеся до сих пор.Хорошая электропроводность в сочетании с возможностью эффективного освещения делают новые нанотрубки привлекательным материалом также для технологий, основанных на органических OLED-светодиоды.
На фото: в видимом свете углеродные нанотрубки обычно выглядят как черный порошок (верхнее изображение). После покрытия европийсодержащими комплексами лантанидов, разработанными в Институте физической химии Польской академии наук в Варшаве, порошок светится красным цветом при освещении ультрафиолетовой лампой (нижнее фото).
Источник: IPC PAS / Grzegorz Krzyżewski
