Сибирские химики создали люминофор для защиты банкнот от подделок

Сибирские химики создали светящиеся комплексы, яркость которых можно менять, убирая одну молекулу воды. Учёные Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН синтезировали люминесцентные комплексы на основе редкоземельных металлов — европия и тербия, сообщает пресс-служба Сибирского отделения РАН.

Европий и тербий известны своей яркой и узкополосной люминесценцией: они дают красный и зелёный цвета в электронных устройствах, используются в лазерах и медицинской визуализации. Меняя второй компонент соединения — лиганд, — можно регулировать свойства вещества, в том числе эффективность свечения.

Однако не со всеми лигандами образуются комплексы, стабильные в воде, а вода в большом количестве гасит свечение. Контролируя содержание воды в растворителях, сибирские учёные добились обратимых переходов между комплексами с сильно различающимися характеристиками люминесценции. В том, который светит лучше, к иону металла присоединена одна молекула воды. Если таких молекул становится две, яркость свечения заметно падает.

«Изначальной идеей было создать полимер из тех же компонентов, но лиганд начал полимеризоваться сам с собой за счёт водородных связей, что привело к образованию комплексов вместо полимера. В пространстве между органическими цепочками одиночные комплексы оказались изолированы и поэтому стабильны. Мы получили две похожие фазы одного состава, но с разной структурой — и, как оказалось, с разными люминесцентными свойствами. Причина разной люминесценции — в колебаниях связи O-H: они имеют высокую частоту и снижают энергию, которая могла бы уйти на люминесценцию. Чем меньше таких связей рядом с ионом европия, тем ярче свечение. Переходы обратимы: безводный растворитель отрывает молекулу воды от комплекса и заменяет её нитратом, а растворитель с небольшим содержанием воды (примерно 5%) возвращает воду на место, не разрушая кристалл», — прокомментировал инженер ИНХ СО РАН Даниил Ушаков.

Уже сейчас разработку можно применять на практике. В планах учёных — создать модельный плёночный детектор, который будет менять яркость в зависимости от влажности среды. Такой датчик пригодится для контроля следов воды в топливе, сухом воздухе и для умных материалов с управляемым переключением люминесценции.

«Соединения лантаноидов обладают сильной люминесценцией. Это неорганические соединения, и их относительно просто синтезировать. Люминесценция европия — основной источник красного цвета в дисплеях. В медицинской диагностике красные люминофоры применяются довольно часто, потому что биологические ткани наиболее прозрачны именно для красного света. Кроме того, европий и тербий светят узкими полосами, что полезно при разработке систем для выявления подделок, например специальных меток для банкнот, печатей, пропусков, произведений искусства. Если смешать зелёный и красный люминофоры, получится жёлтый, но светящий не одной обычной полосой спектра, а несколькими узкими. Подделать такой спектр обычным жёлтым люминофором невозможно — именно спектр свечения и выдаст подделку», — рассказал старший научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Павел Демаков.

Статья об исследовании опубликована в журнале Inorganic Chemistry.

Фото: ИИ

Читайте наши материалы в Дзене.