Luminoso, scintillante, splendente come non l’avete mai visto: è il “materiale fluorescente più brillante di sempre”, appena creato da un gruppo di ricerca dell’Università dell’Indiana e dell’Università di Copenaghen. Per ottenerlo gli scienziati hanno messo a punto una nuova classe di materiali solidi che riescono a trattenere la stessa brillantezza e fluorescenza delle soluzioni liquide – un risultato mai ottenuto finora. Lo studio è pubblicato sulla rivista Chem.
La fluorescenza
La fluorescenza è la proprietà di alcune sostanze di riemettere – spesso a lunghezza d’onda maggiore, dunque con energia minore – le radiazioni elettromagnetiche ricevute, ovvero la luce. In questo modo emettono luce con colori che possono essere opportunamente selezionati, in base alle proprietà ottiche della sostanza assorbente e alle condizioni della luce. Questi materiali trovano applicazione in diversi ambiti tecnologici. Sono essenziali ad esempio per i led – pensiamo ai led del computer o i led di notifica del cellulare – e in generale nella fotonica.
Ottenere materiali fluorescenti solidi è difficile
Ad oggi esistono ben 100mila sostanze fluorescenti, composti chimici in forma liquida che emettono luce a varia lunghezza d’onda, come spiegano gli autori. Gli oggetti fluorescenti esistono grazie a questi composti. Tuttavia, uno dei problemi irrisolti da ben 150 anni riguarda il fatto che è difficile ottenere un materiale fluorescente solido che mantenga intatta la brillantezza e le proprietà ottiche delle sostanze fluorescenti liquide. L’ostacolo si incontra nel passaggio da liquido a solido. In questa fase, le molecole fluorescenti tendono a interagire fra loro e a perdere intensità della fluorescenza. Così producono luce più fioca e non sono brillanti al massimo.
Una svolta dopo 150 anni
Dopo 150 anni oggi i ricercatori annunciano di essere riusciti a superare l’ostacolo. Come? Cambiando approccio e non insistendo su strade già percorse, come il tentativo di potenziare le proprietà ottiche di sostanze già esistenti, che hanno dei limiti oggettivi.
Nel loro lavoro hanno mischiato le soluzioni fluorescenti con una particolare macromolecola, detta cyanostar, incolore e a forma di stella. Mentre il liquido si solidifica, la macromolecola in questione riesce a impedire alle molecole fluorescenti di interagire fra loro, bloccandole grazie alla sua struttura. In questo modo le molecole mantengono le loro proprietà ottiche e la loro massima brillantezza anche nel solido e non solo nel liquido. Una volta che la soluzione si è solidificata, si forma una struttura fatta di reticoli sottilissimi, chiamati dai ricercatori Smiles (Small-molecule ionic isolation lattices). Dopo una serie di passaggi ulteriori, gli autori sono riusciti a ottenere una sottile pellicola di questo materiale, nella forma desiderata.
Una brillantezza mai raggiunta
Ma la chiave di tutto, spiega Amar Flood, chimico all’Università dell’Indiana, resta l’uso di macromolecola come cyanostar, distanziatori delle altre molecole. In assoluto non è la prima volta che si usa questo approccio. Tuttavia in precedenza le macromolecole utilizzate erano colorate, a differenza di cyanostar, e per questo non si raggiungeva il risultato sperato. In questo caso invece si è ottenuta una brillantezza massima. Tanto che oggi il materiale messo a punto risulta essere, a detta degli autori, “il più brillante mai creato” sino ad oggi.
Le applicazioni del materiale fluorescente
Al di là della curiosità scientifica, questi materiali possono trovare diverse applicazioni, come sistemi di raccolta dell’energia solare, laser ancora più avanzati e strumenti per l’imaging medico. Ancora però siamo all’inizio, come ricordano anche gli autori, e non conosciamo i limiti di questi materiali, che sono del tutto nuovi. Per questo sarà necessario condurre altre ricerche per capire meglio come funzionano e le regole delle nuove proprietà ottiche.
Riferimenti: Chem
Crediti immagine: Amar Flood