8月6日，研究人員在Cell Press細胞出版社旗下期刊Chem（《化學》）上報告說，通過將帶正電荷的熒光染料合成到一種名為小分子離子隔離格（SMILES）的新型材料中，化合物燦爛的光芒可以無縫地轉化為固態結晶狀態。這一進展克服了長期以來開發熒光固體的障礙，有助于開發目前已知的最亮材料。


“這些材料在任何需要明亮熒光或設計光學特性的技術上都有潛能，包括太陽能收集、生物成像和激光。”美國印第安納大學化學家Amar Flood說。他與丹麥哥本哈根大學的Bo Laursen均為該論文的資深作者。

“除此之外，還有一些有趣的應用，包括在太陽能電池中對光進行上轉換以捕獲更多的太陽光譜，用于信息存儲和光致變色玻璃的光切換材料以及可用于3D顯示技術的圓偏振熒光。”Flood說。

雖然目前有超過10萬種不同的熒光染料可用，但幾乎沒有一種能以可預測的方式混合和匹配，以制造固體光學材料。當染料進入固態時，由于緊密排列在一起時的表現，它們傾向于經歷“猝滅”，從而降低熒光強度，產生更柔和的輝光。

“當染料在固體中并肩站立時，染料間的猝滅和耦合問題就出現了。”Flood說，“它們情不自禁地‘觸摸’彼此。就像小孩子坐在那里聽故事一樣，它們互相干擾，不再像個體一樣行事。”

為了解決這個問題，Flood和同事們將一種有色染料和含有氰星的無色溶液混合。氰星是一種星形的大環分子，它可以防止熒光分子在混合物凝固時相互作用，保持其完整的光學特性。當混合物變成固體時，SMILES就形成了，然后研究人員將其變成晶體，沉淀成干粉末，最后制成薄膜或直接與聚合物結合。由于氰星大環形成了類似棋盤格的構建塊，研究人員只需在格子中插入一種染料，無需進一步調整，結構就會呈現出它的顏色和外觀。

雖然，之前的研究已經開發出利用大環分子來分隔染料的方法，但它依賴于彩色大環完成這項工作。Flood 和他的同事發現無色的大環是關鍵。

“有些人認為無色大環沒有吸引力，但是它們允許隔離晶格完全表達染料的明亮熒光，而且不受大環顏色的阻礙。”Flood說。

接下來，研究人員計劃探索使用這種新技術形成的熒光材料的性質，以便在未來與染料制造商合作時，實現該材料在各種不同應用中的全部潛力。

Flood說：“這些材料是全新的，所以我們不知道它們的哪些固有特性能夠提供更好的功能。我們也不知道材料的極限。因此，我們要從根本上了解它的工作原理，并為其創建新屬性提供一套穩健的設計規則。這對于將這些材料交到他人手中至關重要——我們希望尋求眾包，并在這方面與他人合作。”