Los científicos están buscando películas transparentes luminiscentes para su uso en pantallas energéticamente eficientes (como pantallas LED) y otras aplicaciones. y las posibilidades que abre para el avance de metodologías en varios campos de la investigación biológica y electrónica. Sin embargo, aunque se han desarrollado películas sólidas transparentes que emiten multicolores, Ha sido un desafío encontrar formas eficientes de ajustar el color y la intensidad de las emisiones de luz.

Ahora, en un artículo reciente publicado en The Royal Society of Chemistry's Avances en materiales , Se describe un mecanismo novedoso para ajustar fácilmente la luminiscencia de un material transparente sólido emisor de luz recién modificado:implica simplemente modular su concentración de protones (o pH) mediante la aplicación de un voltaje.

Este material fue desarrollado en el laboratorio del profesor Makoto Tadokoro, químico inorgánico y científico de materiales en la Universidad de Ciencias de Tokio en Japón. Prof Tadokoro y su equipo, incluido el Dr. Hajime Kamebuchi de la Universidad de Nihon, Japón, y el Sr. Taiho Yoshioka de la Universidad de Ciencias de Tokio, comenzó con una película polimérica transparente llamada Nafion. Las películas de Nafion son bien conocidas como conductores de protones (materiales en los que se conduce la electricidad a través del movimiento de los protones) e intercambiadores de cationes (materiales que atraen fácilmente partículas cargadas positivamente). Estas dos propiedades resultaron clave para el control de luminiscencia proporcionado por el material que eventualmente ayudaría a formar.

Una tercera propiedad de Nafion que lo hizo aún más útil para el equipo del profesor Tadokoro es su estructura molecular. La estructura de Nafion permitía "complejos" de dos metales, terbio (Tb) y europio (Eu), que se sabe que son emisores de luz, para ser incrustado en él cuando se sumergió en una solución que contiene los complejos metálicos. Por lo tanto, el proceso de fabricación del material fue sencillo y económico.

Cuando el producto final, una película polimérica que contiene un complejo metálico, se sumergió en una solución ácida (pH 2-5; donante de protones), se puso verde. Empapado en una solución alcalina (pH 9-12; aceptor de protones), se puso rojo. En una solución neutra (pH 6-8), se volvió amarillo (una combinación de rojo y verde).

El análisis espectroscópico les dijo a los autores por qué se estaban produciendo estos cambios de color específicos. En soluciones ácidas, los protones captados por Nafion estaban 'activando' los iones metálicos Tb, pero no los iones metálicos de Eu. En soluciones alcalinas, Los iones metálicos de Eu tomaron el centro de atención y las emisiones de los iones Tb se apagaron. En soluciones neutras, ambos emitían luz. Esto confirmó que el gradiente de concentración de protones dentro del material determinaba su luminiscencia.

Luego, los científicos pudieron ajustar fácilmente la luminiscencia enganchando el material a una batería después de sumergirlo en una solución ácida. La solución ácida hizo que el material se volviera verde. Pero al aplicar un voltaje, a medida que los protones se mueven hacia el lado cargado negativamente del material, el lado cargado positivamente deficiente en protones comenzó a ponerse rojo. La parte central del material se volvió amarilla. El profesor Tadokoro dice:"Creemos que esta fue la parte más desafiante de nuestro estudio y, dicho sea de paso, también nuestro mayor éxito. El hallazgo de que se puede controlar el flujo de protones en un medio sólido bajo un campo eléctrico, que a su vez nos permite controlar el 'color' de la luz emitida, no tiene precedentes. En sistemas biológicos, Los flujos de iones son responsables de muchas actividades bioquímicas esenciales. La 'iónica de estado sólido' demostrada por nosotros puede encontrar aplicaciones en muchos campos diferentes ".

Cuando se le preguntó además sobre el significado práctico de su trabajo, El profesor Tadokoro dice:“Nuestros hallazgos muestran que es posible fabricar materiales de película o vidrio emisor multicolor de bajo costo cuyas emisiones se pueden ajustar simplemente aplicando un voltaje para controlar el flujo de protones, y por lo tanto gradiente de protones, dentro del material. En otras palabras, no solo conducción de electrones, pero la conducción de protones puede ser una forma de controlar la luminiscencia de los materiales ".

Pero, Si bien este estudio es un gran paso en el camino hacia el logro de emisores transparentes para una amplia gama de aplicaciones, como la detección de gradientes de pH en células biológicas o la construcción de pantallas e iluminadores novedosos, el dispositivo desarrollado aquí no está listo para el mercado. El profesor Tadokoro dice:"Ahora estamos tratando de agregar un complejo emisor de luz azul a nuestro sistema, para que podamos obtener un material que pueda emitir luz en todo el espectro visible ".

Una vez que se logre, las ciencias se avanzarán un poco más, y es posible que una nueva generación de materiales emisores de colores multicolores altamente sintonizables no esté muy lejos.