Floresan, atomların ışınla uyarılmasından sonra enerjinin foton olarak geri verilmesiyle oluşur. Doğada yaygın olan bu ışıma biçiminin, teknik ve bilim için de önemi büyüktür. Mesela sıvı floresan işaretçileri, molekülleri, hücreleri ve dokuyu görünür kılmak için kullanılır. Işık yayan diyotlar renk maddelerinden ışık kaynağı olarak yararlanırlar.
Floresan öte yandan fotovoltaik ve fotonikte de önemli bir rol oynamaktadır. Ancak ne var ki bugüne dek bilinen 10.000 floresan boyar maddesinin kusuru vardır. Nitekim bunlar ışıma gücünü kaybetmeden katı biçime dönüştürülemiyor. Kristal haline dönüştürüldüklerinde boyar madde molekülleri birbirleriyle etkileşime giriyor ve kuantum durumları değişiyor. Ve onunla birlikte genelde floresan da kayboluyor.
Bu kuplajın ve malzeme biliminde “su verme” olarak bilinen bu işlemlerde sorun, boyar madde moleküllerinin adeta omuz omuza bulunmaları nedeniyle ortaya çıkıyor. Bu şekilde birbirlerini etkilemek ve bozmaktan başka şansları yoktur diyor Indiana Üniversitesi’nden Amar Flood. Gerçi floresan boyar madde moleküllerini kimyasal işlemlerle birbirinden uzak tutmanın yolları denenmiştir ama ne var ki bunlar çok zahmetli ve her zaman da başarılı olmayan dönüşümler gerektirir.
Bu 150 yıllık sorunun çözümünü Flood ve Christopher Benson bulmuş olabilir. Small-Molecule Ionic Isolation Lattices (SMILES) olarak isimlendirdiğimiz yepyeni bir malzeme sınıfı keşfettik diyor araştırmacılar.
Bu kristal kafesler, büyük ve renksiz halka moleküllerinden oluşuyor. Cyanostars olarak adlandırılan bu halka moleküllerin için klasik floresan boyar maddeleri yerleştirilmiş. Halka biçimindeki bu gövde molekülleri boyar madde molekülleriyle sadece mesafe yaratmakla kalmayıp, elektrokimyasal özellikleriyle de bir izolatör görevini görüyorlar.
Yeni SMILES kristallerinin üretimi aslında çok kolay. Gerekli olan sadece katyonik floresan boyar maddedir ve bunu da Cyanostar halka moleküllerinin çözeltisiyle karıştırmak yeterli oluyor. İlk deneyde araştırmacılar boyar madde olarak, aynı zamanda lazer boyası olarak da kullanılan rodamin 3B perklorat (Rhodamin-3B-Perchlorat) tercih etmişler. Karışık çözeltinin, SMILES malzemesi olarak kristalleşme sırasında, boyar maddenin halka moleküllerce etkili bir şekilde birbirinden izole edildikleri bir boya oluşmuş. Bu şekilde elde edilen kristal, tıpkı sıvı özgün boya kadar yoğun bir şekilde floresan üretmiş.
Araştırmacılara göre kristallerin emisyonu %29 kadar olmuş, bu oran halka molekülleri bulunmayan boyar madde kristallerine kıyasla on misli fazlaydı diyor araştırmacılar. Hatta böyle yüksek floresanlı ince filimler de bu karışımla üretilebiliyor. Diğer deneylerle de bu prensibin, ticari floresan maddeleriyle de işlediği kanıtlanmıştır. SMILES kristalleri hacim başına en yüksek parlaklığı olanlar ve bu özellikleri normal ticari boyalara da aktarıyorlar. Yüksek ışık kazanımı için bu malzemelerin ne dönüştürülmesi, ne temizlenmesi ne de iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu malzemeler bir anlamda “Plug ve Play” (Tak çalıştır) diyor araştırmacılar.
Diğer bir avantaj da sıvı boyar maddenin katıya dönüştürülmesindeki renk kalıcılığı. Yeşil ışıyan siyanini ince bir filme dönüştürülmek istendiğinde, floresan molekül etkileşimiyle yeşilden, turuncuya dönüşüyor. Ancak halka moleküller ilave edildiğinde SMILES filmi oluşturuluyor ki bu durumda özgün yeşil renk kalıcı oluyor diye açıklıyor araştırmacılar.
Yeni floresan katı maddeler birçok alanda kullanılabilecek. Parlak floresan veya özel optik özellikler gerektiren tüm teknolojilerde kullanılabileceği gibi yeni tür 3D ekranlarında da işe yarayacak.
Kaynak: https://www.cell.com/chem/pdfExtended/S2451-9294(20)30310-7
