Con la ayuda de una nueva tinta incolora y estructuras cristalinas, químicos de EE UU y Dinamarca han descubierto un método sencillo para fabricar los más brillantes sólidos fluorescentes. El avance se puede aplicar en la obtención de energía solar, tecnologías láser y bioimagen.
La luminiscencia fluorescente presente en una nueva clase de materiales conocidos como 'estructuras de aislamiento iónico de moléculas pequeñas' (SMILES, en inglés), se puede transferir sin problemas a un estado sólido y cristalino, según un nuevo método descubierto por investigadores de las universidades de Indiana (EE UU) y de Copenhague (Dinamarca).
“Hemos encontrado un método genérico, simple y eficiente para hacer los sólidos fluorescentes más brillantes que existen”, afirma a SINC Bo Wegge Laursen, director del Centro de Nanociencia de la Universidad de Copenhague y uno de los coautores del estudio, publicado hoy en la revista Chem.
Este hallazgo supone una claro avance con respecto al desarrollo de sólidos fluorescentes, ya que “casi todos los colorantes fluorescentes utilizados en soluciones diluidas se apagan cuando están en forma sólida”, explica Laursen.
Pila de giroides impresos en 3D que brillan en la oscuridad. / Amar Flood
“La ventaja de nuestro método es que se basa en un simple aditivo a los tintes comerciales estándar que produce sólidos con la misma fluorescencia y color que el colorante en solución, haciendo el proceso simple y predecible”, resume el químico.
Más allá de lo anecdótico, sus autores consideran que esta nueva clase de material (SMILES) puede emplearse en cualquier tecnología que necesite fluorescencia, “incluyendo la obtención de energía solar, la bioimagen y los láseres”, adelanta Amar Flood, profesor de química en la Universidad de Indiana y coautor del trabajo.
Según Laursen, “cuando los tintes fluorescentes se apagan normalmente en el estado sólido, la energía procedente de la luz se pierde en forma de calor. Para todas las tecnologías mencionadas, como la energía solar, los vidrios fotocromáticos o la visualización en 3D, evitar este tipo de pérdida de calor es clave para su funcionamiento y posterior optimización”.
A pesar de que en la actualidad existen más de 100.000 tintes fluorescentes disponibles, casi ninguno de ellos puede ser utilizado para crear materiales sólidos, ya que actúan de manera impredecible. Estos tintes tienden a apagarse al entrar en estado sólido, disminuyendo la intensidad de su fluorescencia para producir un brillo más tenue.
"El problema de enfriamiento y acoplamiento entre los tintes surge cuando se juntan con el material sólido", describe Flood. "No pueden evitar 'tocarse' entre sí, como los niños pequeños sentados juntos a la hora del cuento: interfieren entre sí y dejan de comportarse como individuos", señala.
Para solventar este problema, los investigadores recurrieron a una solución incolora de macromoléculas en forma de estrella, que impide que las otras moléculas fluorescentes interactúen entre sí mientras la mezcla se solidifica. De esta forma, sus propiedades lumínicas quedan intactas.
Hasta la fecha, las investigaciones anteriores siempre habían recurrido a soluciones coloridas. Sin embargo, Laursen y Flood consideran que la clave reside en que la solución sea incolora.
"Algunas personas piensan que los macrociclos incoloros son poco atractivos, pero permitieron que el entramado de aislamiento expresara plenamente la brillante fluorescencia de los tintes, sin que los colores de los macrociclos lo impidieran", detalla Flood.
Los autores creen que esta novedosa técnica permitirá a los fabricantes de tintes exprimir todo el potencial de este nuevo material en el futuro. Por el momento, prefieren centrarse en conocer a fondo todas sus propiedades.
"Desarrollaremos una comprensión fundamental de cómo funcionan, proporcionando un conjunto robusto de reglas de diseño para hacer nuevas propiedades. Esto es crítico para poner estos materiales en manos de otros", concluyen.
Referencia:
Benson et al. "Plug-and-Play Optical Materials from Fluorescent Dyes and Macrocycles". Chem, (agosto, 2020).
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