La fluorescencia es crítica para muchas aplicaciones avanzadas en materiales ópticos, incluyendo OLEDs y fotónicos. A pesar de sus amplias aplicaciones, estos materiales se han enfrentado a una lucha de más de 150 años cuando se trata de transferir sus propiedades de una solución líquida a una sólida, lo que ha limitado el uso general de los fluorescentes.
Un equipo de científicos de la Universidad de Indiana y de la Universidad de Copenhague ha presentado una solución universal para resolver este problema de larga data de los colorantes fluorescentes. En lugar de intentar mejorar las moléculas fluorescentes, los químicos han descubierto un nuevo material que conserva las propiedades ópticas de los tintes fluorescentes.
Una nueva clase de materiales llamados redes de aislamiento iónico de moléculas pequeñas (del inglés, SMILES), según el estudio, son los «materiales fluorescentes más brillantes que existen». Este material transfiere perfectamente las propiedades ópticas de los tintes altamente fluorescentes a los materiales ópticos sólidos, en estado cristalino.
Mientras que existen más de 100.000 tintes fluorescentes, casi ninguno puede ser mezclado y emparejado de manera predecible para crear materiales ópticos sólidos. Los tintes tienden a someterse a un «enfriamiento» cuando entran en estado sólido, disminuyendo la intensidad de su fluorescencia.
«El problema del apagado y el acoplamiento entre los tintes surge cuando los tintes se encuentran dentro de los sólidos», dice Amar Flood, químico de la Universidad de Indiana y coautor del estudio. «No pueden evitar ‘tocarse’, por lo que interfieren entre sí y dejan de comportarse como individuos».
Así que el equipo desarrolló una solución al problema basada en la separación de las moléculas fluorescentes. Los científicos mezclaron un colorante con una solución incolora de moléculas de macrociclo llamadas cianóstares. El uso de esta molécula de macrociclo en forma de estrella evita que las moléculas fluorescentes interactúen mientras la mezcla se solidifica, manteniendo sus propiedades ópticas intactas. A medida que la mezcla se solidificaba, se formaban los «SMILES«, que los investigadores posteriormente convirtieron en cristales, transformados en polvos secos, y finalmente hilados en una fina película o incorporados directamente en polímeros.
Como los macrociclos de cianostar forman bloques de construcción que generan un tablero de damas en forma de red, los investigadores podrían simplemente añadir un tinte en la red y, sin más ajustes, la estructura tomaría su color y apariencia.
Los investigadores encontraron que funciona muy bien con varios tintes fluorescentes disponibles en el mercado. Esto significa que cualquier tinte fluorescente disponible actualmente debe trabajar con la solución de macrociclo del equipo para producir un material sólido magníficamente brillante que retiene con precisión las propiedades de un tinte líquido.
Más allá de las sorprendentes características visuales, los nuevos materiales tienen varias aplicaciones potenciales, en particular aquellas en las que se necesita una fluorescencia brillante y también en el campo de la captación de energía aislante, en el de la bioimagen y el láser. En particular, podrían utilizarse para aumentar la captación del espectro solar en los paneles solares, en los materiales de conmutación de la luz utilizados para el almacenamiento de información y en el vidrio fotocrómico, y en la luminiscencia de polarización circular que puede utilizarse en la tecnología de visualización tridimensional.