НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ

 

Материал был разработан в лаборатории Макото Тадокоро из Токийского Университета Науки. Он и его команда, начали с прозрачной полимерной пленки под названием Nafion. Пленки из нафиона являются хорошо известными протонными проводниками (материалами, в которых электричество передается за счет движения протонов) и катионообменниками (материалами, которые легко притягивают положительно заряженные частицы).

Еще одно полезное свойство Нафиона - его молекулярная структура. Структура нафиона позволяет встраивать в него «комплексы» двух металлов, тербия (Tb) и европия (Eu), обоих излучателей света, при погружении в раствор, содержащий комплексы этих металлов.

Когда конечный продукт - полимерная пленка, содержащая комплекс металлов - была погружена в кислый раствор, она стала зеленой. При замачивании в щелочном растворе она стала красной. В нейтральном растворе пленка желтела. В левой части картинки показаны фотографии пленок при разных значениях Ph.

Исследователи обратились к спектроскопическому анализу, чтобы понять причину такого поведения. В кислых растворах протоны, захваченные нафионом, «включали» ионы металла Tb, но не ионы металла Eu. В щелочных растворах активность проявлялась ионам металла Eu, а эмиссия ионов Tb подавлялась. В нейтральных растворах оба комлекса элементов излучали свет. Этот анализ подтвердил исследователям, что градиент концентрации протонов в материале определяет его люминесценцию.

Затем ученые смогли легко настроить свечение, подключив материал к батарее после того, как окунули его в кислотный раствор, сделав его зеленым. Но при приложении напряжения, когда протоны двигались к отрицательно заряженной стороне материала, положительно заряженная сторона с дефицитом протонов начала краснеть. Центральная часть материала стала желтоватой.

«Мы думаем, что это была самая сложная часть нашего исследования и, кстати, наш самый большой успех. Открытие того, что поток протонов в твердой среде под действием электрического поля можно контролировать, что, в свою очередь, позволяет нам контролировать цвет «излучаемого света беспрецедентен», - сказал Тадокоро. «В биологических системах потоки ионов ответственны за многие важные биохимические процессы. Продемонстрированная нами «твердотельная ионика» может найти применение во многих различных областях».

«Наши результаты показывают, что можно изготавливать недорогие многоцветные стеклянные или пленочные материалы, излучение которых можно регулировать, просто прикладывая напряжение для управления потоком протонов и, следовательно, протонным градиентом внутри материала. Другими словами, не только электронная проводимость, но и протонная проводимость могут быть способом управления люминесценцией материалов».

Выводы

Обоснованием для этого исследования была разработка нескольких функциональных прозрачных пленок путем объединения нафиона, синтетической мембраны, которая хорошо известна своей способностью обменивать катионы и проводить протоны, с функциональными комплексами металлов. При замачивании в растворе ионных комплексов металлов катионообменная способность Нафиона делает возможным самопроизвольное включение комплексов. Эта тенденция делает изготовление прозрачных пленок нафиона с хроматическими, магнитными или люминесцентными свойствами, происходящими от встроенных молекул, чрезвычайно простым. В частности, можно настроить функциональность пленок, которые содержат протон-чувствительные комплексы, путем подачи напряжения через мембрану, чтобы вызвать поток протонов. В этом исследовании, мы контролировали люминесценцию пленки нафиона с помощью pH и градиента концентрации протонов, индуцированного приложением внешнего напряжения. Поскольку Нафион является прозрачным, включение люминесцентных комплексов в пленки Нафион позволяет изготавливать прозрачные люминесцентные материалы. Светорассеяние и самопоглощение пленок минимальны, поэтому они могут использоваться в качестве энергосберегающих материалов. Сейчас мы добавляем в нашу систему комплекс, излучающий синий свет, для изготовления прозрачного материала, излучающего свет во всем видимом спектре.

 

Исследование опубликовано в Materials Advances (www.doi.org/10.1039/d0ma00237b)