مواد شبرنگ در سراسر جهان برای علائم اضطراری، ساعتها و رنگ استفاده میشوند. این ویژگی مفید به بازار جهانی به ارزش تقریبی 400 میلیون دلار کمک می کند. اما بلورهای معدنی که در حال حاضر برای ایجاد این توانایی در سطح بالایی از عملکرد مورد نیاز هستند، به فلزات خاکی کمیاب و دمای ساخت بیش از 1000 درجه سانتیگراد نیاز دارند. در حال حاضر، محققان مؤسسه علوم و فناوری اوکیناوا (OIST) و دانشگاه کیوشو، هر دو در ژاپن، با نوشتن در Nature Materials، روشی را برای تولید شبرنگ با استفاده از نوعی مواد آلی که به آسانی در دسترس است توسعه دادهاند.
مواد آلی نه تنها بسیار در دسترستر و کار کردن با آنها آسانتر از مواد معدنی هستند، بلکه محلول نیز هستند، که پتانسیل ایجاد تنوع و گسترش استفاده از اشیاء شبرنگ را دارد، زیرا میتوان این ویژگی را به آن اضافه کرد. جوهر، فیلم، و منسوجات،” پروفسور چیهایا آداچی، مدیر مرکز تحقیقات فوتونیک آلی و الکترونیک (OPERA)، دانشگاه کیوشو، گفت. یکی دیگر از کاربردهای مهم، استفاده بالقوه آنها در تصویربرداری زیستی است که می تواند مزایای بی شماری برای علم سلامت داشته باشد.
در سال 2017، محققان برای اولین بار نشان دادند که دو ماده آلی می توانند جلوه ای درخشان در تاریکی ایجاد کنند. این به عنوان یک موفقیت بزرگ در نظر گرفته شد و در Nature منتشر شد. با این حال، عملکردش تقریبا 100 برابر ضعیف تر از انواع غیر آلی بود. در واقع، محققان مجبور بودند از نور ماوراء بنفش برای تولید گازهای گلخانه ای استفاده کنند، مجبور بودند برای دیدن نور به یک اتاق تاریک بروند و نمی توانستند نمونه ها را در معرض اکسیژن قرار دهند. اکنون، محققان زمانی که از روشی با دو جزء به روشی با سه جزء پیشرفت کرده و مولکولهای مورد استفاده خود را تغییر دادهاند، نتیجه بهتری به دست آوردهاند. نتیجه انتشار گازهای گلخانه ای بود که بیش از یک ساعت در دمای اتاق دوام آورد که ده برابر بهبودی نسبت به کار قبلی بود.
پروفسور ریوتا کابه، که واحد اپتوالکترونیک آلی OIST را رهبری می کند، توضیح داد: “این یک فرآیند چهار مرحله ای برای ایجاد شبرنگ است – انتقال بار، جداسازی، نوترکیب، و در نهایت، انتشار.” در داخل مولکولها، الکترونها در حفرهها قرار میگیرند. بخش مهمی از فرآیند جدا کردن الکترونها از سوراخها است. وقتی این دو به هم برمیگردند، درخشش ایجاد میکند.
در تحقیقات قبلی، هنگامی که مواد آلی توسط نور انرژی میگرفتند، الکترونها از مولکولی به نام دهنده الکترون به مولکولی به نام گیرنده الکترون منتقل میشدند. با این حال، مشکلی ایجاد شد زیرا گیرنده الکترون نمی توانست تعداد زیادی الکترون را ذخیره کند. وقتی الکترونها به اهداکننده بازگشتند، این نوترکیب اثر درخشش را ایجاد کرد، اما چون تعداد الکترونهای ذخیرهشده محدود بود، درخشش قوی نبود و به سرعت محو می شد.
با این حال، در این کار جدید، محققان چندین کار را متفاوت انجام دادند. اولاً، آنها از مولکولهایی استفاده کردند که اطمینان حاصل میکرد که سوراخها به جای الکترونها چیزهایی هستند که حرکت میکنند. این سیستم انتشار سوراخ احتمال واکنش مولکولها با هوا را کاهش میدهد، بنابراین اطمینان حاصل میشود که نمونهها هنگام قرار گرفتن در معرض اکسیژن میدرخشند. ثانیاً، محققان جزء سوم را اضافه کردند – یک حفرهگیر که الکترون و حفره را برای مدت طولانیتری از هم جدا نگه میداشت و به ایجاد حفرههای بیشتری اجازه میداد و دوره انتشار حاصل را افزایش میداد. و در نهایت، آنها از مولکولهایی استفاده کردند که برای حرکت بین مراحل مختلف فرآیند به انرژی کمتری نیاز داشتند، اطمینان حاصل کردند که کل فرآیند انرژی کمتری مصرف میکند و اجازه میدهد انتشارات در نور مرئی به جای نور فرابنفش فقط تولید شود.
پروفسور کابه در پایان گفت: “با تغییر روش، ما با موفقیت عملکرد مولکول های آلی را ده برابر کار قبلی بهبود بخشیم.” مولکولهای آلی اکنون در هوا کار میکنند، اگرچه عملکرد هنوز ضعیف است.
