Widać czerwone? Nanorurki węglowe lepiej widoczne gołym okiem
Kiedy spojrzymy na nanorurkę węglową gołym okiem, zobaczymy tylko czarny proszek, ale teraz finansowany ze środków unijnych zespół naukowców opracował nowatorski sposób poprawienia widoczności tych wielofunkcyjnych, nanotechnologicznych modułów konstrukcyjnych. Nanorurki węglowe to struktury przypominające mnóstwo sześciokątów połączonych w plaster miodu i zwiniętych w bezszwową, cylindryczną rurkę. Trudno doprowadzić je do emitowania światła, ponieważ są doskonałymi przewodnikami elektrycznymi i wychwytują energię innych, luminescencyjnych obiektów znajdujących się w pobliżu. Ostatnio paneuropejski zespół wypracował sposób na wykorzystanie stosunkowo dużej powierzchni nanorurek węglowych, dzięki czemu wiele innych cząsteczek, w tym także tych zdolnych do emitowania światła, może przyczepiać się do nich. Cząsteczki przybierają formę substancji chemicznych emitujących czerwone światło. W ramach projektu FINELUMEN (Zamknięte we wnękach luminofory do zaawansowanych materiałów fotonicznych: szkolenie dla młodych naukowców), który otrzymał 3,62 mln EUR z tematu "Ludzie" Siódmego Programu Ramowego (7PR), naukowcy z Belgii, Francji, Niemiec, Polski, Węgier i Włoch przygotowują i opisują materiały luminescencyjne, w których odpowiednio zaprojektowane luminofory organiczne i nieorganiczne są zamknięte w nanopojemnikach (tj. nanorurkach węglowych i klatkach kompleksowych), gdzie mogą utrzymać, a nawet zwiększyć wydajność emisji. Ostatecznym celem projektu jest stworzenie biblioteki modułów luminescencyjnych emitujących w całym zakresie VIS-NIR, aby produkować materiały hybrydowe o podwyższonej funkcjonalności. Dostrajanie koloru emisji jest definiowane przez emitującego gościa, a wszechstronność ostatecznego zastosowania jest kontrolowana za pośrednictwem specjalnie dostosowanej funkcjonalizacji chemicznej gospodarza. "Uczestniczymy w projekcie jako grupa specjalizująca się w badaniach związków lantanowców. Postanowiliśmy połączyć ich znakomite własności emisyjne z doskonałymi cechami mechanicznymi i elektrycznymi nanorurek" - mówi profesor Marek Pietraszkiewicz z warszawskiego Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN), jednego z partnerów konsorcjum FINELUMEN. Aczkolwiek zespół odkrył, że zadanie nie polega po prostu na przyklejeniu cząsteczek emitujących światło, bo jak wyjaśnia Valentina Utochnikova, naukowiec z IChF PAN: "Przyłączanie świecących kompleksów bezpośrednio do nanorurki nie jest jednak korzystne, bo ta, jako czarny absorber, w wysokim stopniu tłumiłaby luminescencję." Aby poradzić sobie z tą niepożądaną absorpcją światła, zespół poddał najpierw nanorurki węglowe reakcji termicznej zachodzącej w temperaturze 140 - 160 stopni Celsjusza w roztworze cieczy jonowej modyfikowanej grupą azydkową. W wyniku reakcji nanorurki pokrywają się cząsteczkami pełniącymi rolę kotwic-łączników. Kotwice z jednej strony przyczepiają się do powierzchni nanorurki, a z drugiej mogą przyłączać cząsteczki potrafiące emitować światło widzialne. Swobodny koniec każdego łącznika ma ładunek dodatni. Tak przygotowane nanorurki zostają następnie przeniesione do innego roztworu, zawierającego ujemnie naładowany kompleks lantanowcowy - tetrakis-(4,4,4-trifluoro-1-(2-naftylo-1,3-butanodionian)europu. "Związki lantanowcowe, czyli zawierające pierwiastki z VI grupy układu okresowego, są bardzo atrakcyjne dla fotoniki, ponieważ charakteryzują się wysoką kwantową efektywnością świecenia oraz dużą czystością koloru emitowanego światła" - zauważa Valentina Utochnikova. Po rozpuszczeniu w roztworze, ujemnie naładowane kompleksy europu są samoistnie wyłapywane dzięki oddziaływaniu elektrostatycznemu przez dodatnio naładowane swobodne końcówki kotwic przytwierdzonych do nanorurek. W wyniku procesu każda nanorurka zostaje trwale otoczona cząsteczkami zdolnymi do emisji światła widzialnego. Gdy reakcja dobiegnie końca, zmodyfikowane nanorurki poddawane są płukaniu i suszeniu. Ostatecznym produktem jest czarny jak sadza proszek, który w promieniach UV emituje czerwone światło dzięki zakotwiczonym w nanrorurkach węglowych kompleksom lantanowcowym. Optymalizacja wszechstronności tych materiałów niesie ze sobą olbrzymi potencjał ich szerszego zastosowania w bioobrazowaniu, urządzeniach optoelektronicznych i czujnikach. Projekt FINELUMEN, który zgromadził partnerów przemysłowych, małe i średnie przedsiębiorstwa (MŚP) oraz organizacje badawcze, jest częścią unijnej strategii zapewniania konkurencyjności Europy w obszarze o ogromnym potencjale rozwoju na pograniczu chemii, fizyki i inżynierii.Więcej informacji: Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk: http://www.ichf.edu.pl/index.html(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Belgia, Niemcy, Francja, Węgry, Włochy, Polska