Американские и датские химики синтезировали твердые пигменты на основе органических люминесцентных красителей. Получить такие пигменты было непросто — когда молекулы красителей оказывались плотно упакованы в твердом материале, их экситоны начинали взаимодействовать друг с другом и интенсивность люминесценции снижалась.

Ученые решили эту проблему, разделив люминесцирующие слои с помощью объемных слоев цианозвезд — этот метод универсален и подходит для большого количества различных красителей. Полученные твердые люминесцентные пигменты можно использовать, например, для 3D-печати.

Результаты исследования опубликованы в журнале Chem.

Люминесцентными красители — это вещества, которые способны преобразовывать поглощаемую энергию (световую, электрическую) в световое излучение. В органических молекулах способность к люминесценции обычно обеспечивают близко расположенные ароматические циклы и другие группы с π-связями — такие фрагменты молекул называют флюрофорами.

Люминесцентные красители очень ярко светятся в растворах, даже при низкой концентрации (на этой особенности основано их использование в качестве биометок), однако в твердом состоянии — пленке, порошке, кристалле — люминесценция становится слабее в десятки или даже сотни раз. Дело в том, что процесс люминесценции протекает через образование экситона — квазичастицы, представляющей собой связанное состояние электрона и дырки.

Когда экситоны расположены близко друг к другу, они могут взаимодействовать, в результате происходит расщепление энергетических уровней, которое приводит к сдвигу и размыванию люминесцентных пиков и к тушению люминесценции. Кроме того, в твердых материалах возможен процесс миграции экситона, который также снижает интенсивность люминесценции. Поэтому, несмотря на широкое использование люминесцентных красителей в растворах, создать твердый пигмент на их основе до недавнего времени никому не удавалось.

Решить эту проблему взялитсь материаловеды под руководством Бо Ларсена (Bo W. Laursen) из Университета Копенгагена и Амара Флада (Amar H. Flood) из Университета Блумингтона в Индиане.