• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Czerwone światło z węglowych nanorurek

    08.07.2011. 00:19
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Przy udziale Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udało się opracować metodę, dzięki której pod wpływem światła ultrafioletowego nanorurki świecą na czerwono. Dzięki temu mogą być wykorzystane np. do detekcji cząstek.

    Jak poinformował IChF PAN w przesłanym PAP komunikacie, efektywną metodę wytwarzania nowego materiału fotonicznego: nanorurek węglowych pokrytych kompleksami związków zdolnych do świecenia w czerwieni opracowali naukowcy działający w ramach międzynarodowego projektu FINELUMEN. Koordynuje go dr Nicola Armaroli z Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattivita, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISOF) w Bolonii.

    "Uczestniczymy w projekcie jako grupa specjalizująca się w badaniach związków lantanowców. Postanowiliśmy połączyć ich znakomite własności emisyjne z doskonałymi cechami mechanicznymi i elektrycznymi nanorurek" - wyjaśnia prof. dr hab. Marek Pietraszkiewicz z warszawskiego Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN).

    Jak wyjaśniają przedstawiciele IChF PAN, nanorurki węglowe można sobie wyobrażać jako zwinięte w rulon płachty grafitu. Zazwyczaj wyglądają jak czarny proszek. Trudno je zmusić do emitowania światła, bo doskonale przewodzą prąd i wychwytują energię innych, zdolnych do świecenia cząsteczek chemicznych, umieszczanych w ich pobliżu.

    Powierzchnia boczna każdej nanorurki jest stosunkowo duża i pozwala na doczepienie wielu innych cząsteczek, w tym takich, które mogą świecić. "Przyłączanie świecących kompleksów bezpośrednio do nanorurki nie jest jednak korzystne, bo ta, jako czarny absorber, w wysokim stopniu tłumiłaby luminescencję" - tłumaczy doktorantka Valentina Utochnikova z IChF PAN.

    "Aby zredukować niepożądany efekt absorpcji światła, nanorurki najpierw poddaje się reakcji termicznej zachodzącej w temperaturze 140-160 st. 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, z drugiej mogą przyłączać cząsteczki potrafiące emitować światło widzialne. Swobodny koniec każdego łącznika ma ładunek dodatni" - napisano w komunikacie.

    Tak przygotowane nanorurki zostają 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" -podkreśla Utochnikova.

    Jak tłumacza naukowcy z Instytutu, po rozpuszczeniu w roztworze, ujemnie naładowane kompleksy europu dzięki oddziaływaniu elektrostatycznemu są samoistnie wyłapywane przez dodatnio naładowane swobodne końcówki kotwic na nanorurkach.

    W wyniku procesu każda nanorurka zostaje trwale otoczona cząsteczkami zdolnymi emitować światło widzialne. Gdy reakcja dobiegnie końca, zmodyfikowane nanorurki poddaje się płukaniu i suszeniu. Ostatecznym produktem jest czarny jak sadza proszek. Wystarczy go jednak wystawić na promieniowanie ultrafioletowe, aby zakotwiczone na nanorurkach kompleksy lantanowcowe zaczęły świecić na czerwono.

    Koncepcję modyfikacji nanorurek i substraty - ciecz jonową oraz kompleks lantanowcowy do pokrywania nanorurek węglowych - opracował zespół prof. Pietraszkiewicza w IChF PAN, natomiast modyfikacje nanorurek i badania spektralne wykonały zespoły badawcze z Uniwersytetu Namur w Belgii i Instytutu CNR-ISOF z Bolonii.

    "Co istotne, reakcje chemiczne prowadzące do powstania nowych świecących nanorurek okazały się znacznie prostsze w realizacji od stosowanych dotychczas" - podkreślono w komunikacie.

    Jak dodano, otrzymany materiał fotoniczny może być używany m.in. do detekcji cząsteczek, w tym o charakterze biologicznym.

    "Identyfikacja następowałaby poprzez analizowanie zmian świecenia nanorurek po osadzeniu się na nich cząsteczek badanych substancji. Dobre przewodnictwo elektryczne w połączeniu z możliwością wydajnego świecenia czynią nowe nanorurki atrakcyjnym materiałem także dla technologii bazujących na organicznych diodach elektroluminescencyjnych OLED" - deklarują przedstawiciele IChF PAN.

    Międzynarodowy projekt FINELUMEN jest realizowany w ramach akcji kształcenia początkowego naukowców Marie Curie Initial Training Networks, działającej w 7. Programie Ramowym Unii Europejskiej.

    W komunikacie IChF PAN przypomina, że zagadnienia dotyczące nowych materiałów fotonicznych, w tym świecących nanorurek, były jednym z tematów niedawno zakończonych dwóch Szkół Letnich, organizowanych przez Instytut Chemii Fizycznej PAN i Fundację Polskiej Sieci Chemii Supramolekularnej: Międzynarodowej Szkoły Letniej "FINELUMEN" w Łochowie (http://fiss2011.pl/) oraz VIII Międzynarodowej Szkoły Letniej w Krutyni (http://ikss2011.pl/).

    Szkoła w Krutyni dotyczyła zaawansowanych technologii fotowoltaicznych, a jej trzecim współorganizatorem był Uniwersytet w Edynburgu.

    PAP - Nauka w Polsce

    agt/


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Nanorurki – struktury nadcząsteczkowe, mające postać pustych w środku walców. Współcześnie najlepiej poznane są nanorurki węglowe, których ścianki zbudowane są ze zwiniętego grafenu (jednoatomowej warstwy grafitu). Istnieją jednak także niewęglowe nanorurki (m.in. utworzone z siarczku wolframu) oraz nanorurki utworzone z DNA. Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (w skrócie IChF PAN) instytut naukowy Polskiej Akademii Nauk z siedzibą w Warszawie. Obecnie tematyka badań w IChF jest skoncentrowana wokół aktualnych problemów fizykochemii. Jednostka ma prawo do nadawania stopnia naukowego doktora oraz doktora habilitowanego w zakresie chemii. FED (SED) (Field Emission Display, wyświetlacz z emisją polową) – rodzaj wyświetlacza opartego na zasadzie zderzenia przyśpieszonych elektronów z ekranem pokrytym luminoforem, a więc na zasadzie znanej ze zwykłych telewizorów i monitorów CRT, z tą różnicą, że pojedyncze działo elektronowe zostało zastąpione wykorzystującymi zjawisko tunelowe katodami z emisją polową. Katody są wykonane w postaci nanorurek węglowych i pracują na zimno, dzięki czemu mogą być bardzo gęsto upakowane.

    Światło chemiczne – świetlik (ang. Glow stick, Lightstick) jednorazowe źródło światła zbudowane z plastikowego pojemnika zawierającego dwie odizolowane ciecze (jedną w szklanym pojemniku), które po wymieszaniu zaczynają świecić. Światło chemiczne aktywuje się przez zgięcie plastikowego pojemnika zewnętrznego aż do złamania (lub zgniecenia) szklanego pojemnika wewnętrznego. Światło chemiczne może świecić od 5 minut (ultra intensywne) do 12 godzin. Produkowane są świetliki w różnych barwach: zielone (te z reguły świecą najdłużej), czerwone, pomarańczowe, różowe, żółte, niebieskie, fioletowe i białe oraz świecące w podczerwieni. Cykloparafenyleny – organiczne związki chemiczne z grupy związków makrocyklicznych, węglowodory aromatyczne zbudowane z pierścieni benzenowych połączonych w pozycjach para (tj. grup parafenylenowych lub 1,4-fenylenowych) z wytworzeniem polifenylenowej struktury makrocyklicznej. Cykloparafenyleny mogą być uważane za najkrótsze nanorurki. W latach 2008–2011 opublikowano metody otrzymania makropierścieni zbudowanych z 8–16 i 18 reszt parafenylenowych.

    Rozpraszanie światła (fal elektromagnetycznych), zjawisko oddziaływania światła z materią, w wyniku którego następuje zmiana kierunku rozchodzenia się światła, z wyjątkiem zjawisk opisanych przez odbicie i załamanie światła. Wywołuje złudzenie świecenia ośrodka. Elektrochemia – dział chemii fizycznej, zajmujący się badaniem elektrycznych aspektów reakcji chemicznych, a także w mniejszym stopniu własnościami elektrycznymi związków chemicznych.

    Teoria korpuskularna światła to teoria, w której światło traktuje się jako strumienie cząstek. Uważa się dziś, że zjawiska interferencji światła (czyli nakładania się wiązek świetlnych) można wyjaśnić tylko za pomocą falowej teorii światła. Na podstawie tej teorii wzmacnianie lub osłabianie wiązek świetlnych wyjaśniamy nakładaniem się fal świetlnych w fazach zgodnych lub przeciwnych. Korpuskularna teoria światła nie może tego wyjaśnić, jednakże teoria falowa nie jest w stanie wyjaśnić innych zjawisk, jak na przykład efektu fotoelektrycznego. Przyjmuje się więc, iż światło ma naturę dualną. Piramida TRY 2004 w Shimizu - jest to projekt ogromnej piramidy, która ma powstać w zatoce Tokio (Japonia). Projektanci zakładają, że piramida pomieści około 750 tys. osób oraz będzie miała wysokość około 4 kilometrów. Zaproponowana struktura jest tak duża, że nie może być zbudowany z materiałów dostępnych obecnie, ze względu na ich masę własną. Projekt opiera się na materiałach dostępnych w przyszłości, na przykład superlekkich nanorurkach węglowych.

    Reakcja złożona – reakcja chemiczna, w której można wyodrębnić dwie lub więcej różnych reakcji elementarnych, nazywanych również prostymi lub izolowanymi (np. rozpad określonych związków chemicznych lub reakcje zachodzące w wyniku zderzenia cząsteczek dwóch lub trzech związków, wchodzących w skład mieszaniny reagentów). Równanie reakcji złożonej jest sumą odpowiednich równań reakcji elementarnych – wyraża bilans masy (zobacz – stechiometria), a nie ilustruje mechanizmu reakcji. Wyrażenie określające wartość stałej równowagi reakcji złożonej jest liniową kombinacją wyrażeń dotyczących reakcji elementarnych. Opisy kinetyki opiera się również na znajomości równań kinetycznych reakcji elementarnych.

    Zaćmienie – zjawisko astronomiczne polegające na tym, że cień jednego ciała niebieskiego pada na powierzchnię drugiego. Możliwe jest ono, gdy w jednej linii znajdują się oba ciała oraz źródło światła, którym jest zazwyczaj gwiazda jako ciało świecące światłem własnym lub inny obiekt świecący światłem odbitym.

    Światłowody fotoniczne (ang. Photonic crystal fiber, PCF, dosłowne tłumaczenie "światłowód z kryształu fotonicznego") to nowa rodzina włókien światłowodowych, wykorzystująca do prowadzenia światła właściwości kryształów fotonicznych. Dzięki zdolności skupiania światła w pustym rdzeniu oraz charakterystykom skupiania światła niemożliwym do uzyskania w klasycznych światłowodach, światłowody fotoniczne mogą znaleźć zastosowanie w komunikacji światłowodowej, laserach światłowodowych, optycznych przyrządach nieliniowych, transmisji dużych mocy optycznych, czujnikach gazów i w innych obszarach.

    Dodano: 08.07.2011. 00:19  


    Najnowsze