29.05.2018

Lumineszierende Nanotinte

Aggregierte Kupfer-Iod-Clusterverbindungen zeigen überraschende farbliche Vielfalt.

Für LEDs haben chinesische Wissenschaftler aus molekularen Kupfer-Iod-Cluster-Verbindungen Aggregat­strukturen im Nano­bereich hergestellt, die im UV-Licht intensiv und mehr­farbig leuchten. Die festen Assoziate aus einem Kupfer-Iod-Komplex und phosphor­haltigen organischen Verbindungen seien unkompliziert und preis­wert zu gewinnen, berichten die Wissen­schaftler. Die Substanzen eigneten sich als lumines­zierende Tinten für im normalen Licht unsicht­bare Farb­auftragungen und als Beschichtung, um die Farbe von Leuchtdioden zu verändern.

Abb.: Die Nanotinten liegen in verschiedenen Farben vor. (Bild: Wiley-VCH)

Lumineszierende Substanzen senden durch Anregung mit Energie – chemischer, elektrischer oder UV-Licht – Licht aus, das wir oft als brillante Farben wahr­nehmen. Lange Zeit galt die Ansicht, dass Aggregation, also die unkontrollierte Zusammen­lagerung von Molekülen, schlecht für die Lumineszenz­ausbeute ist. Erst 2001 beobachteten Wissen­schaftler zum ersten Mal, dass Aggregation umgekehrt auch Lumineszenz auslösen kann. In diesem Fall machten die strukturellen Änderungen im aggregierten Molekül die Substanz stark lumines­zierend. Seitdem wuchs die Forschung an dem Phänomen der „aggregations­induzierten Emission“ (AIE) rasant. Einer der Haupt­gründe: Lumines­zierende Beschichtungen oder Tinten enthalten in der Praxis eigentlich immer Pigmente, die in irgendeiner Form aggregiert vorliegen.

Wie man solche AIE-Verbindungen kontrolliert, einfach, preis­wert und im größeren Maß­stab herstellen kann, dafür interessierten sich Hong-Bin Yao an der University of Science and Technology of China in Hefei (China) und sein Team. Sie stießen auf eine stabile Cluster­verbindung aus Kupfer und Iod, die in Verbindung mit Phosphan­liganden in einem typischen AIE-Verhalten ein stark lumines­zierendes Aggregat bildet.

Um die AIE-Substanz herzustellen, müssen die Wissen­schaftler die Substanz zunächst in eine lösliche, molekulare Form bringen und dann die Moleküle kontrolliert in nicht­lösliche Nano­strukturen aggregieren lassen. Dies gelang den Autoren durch eine Sequenz aus Emulgieren und Demulgieren. Sie schüttelten den nicht lumines­zierenden Komplex, der in einem organischen Lösungs­mittel gelöst war, mit einem Tensid in wässriger Lösung aus, bis die Tröpfchen so klein waren, dass sich dort AIE-aktive Nano­aggregate gebildet hatten.

Diese Methode hat einen weiteren Vorteil: Durch Austauschen der chemischen Komponenten im Komplex kann man die Lumineszenz­farben ändern. Mit stickstoff­haltigen Liganden anstelle des ursprünglichen Phosphan­liganden erzeugten die Autoren eine Sequenz von brillant orange bis blau lumines­zierenden Tinten.

Damit ließ es sich ausgezeichnet malen: Die Wissen­schaftler schufen mit ihren wasser­basierten Tinten in orange, gelb und himmel­blau aus einer Schwarz­weiß­zeichnung ein herrliches exquisites Aquarell einer Unter­wasser­landschaft – sichtbar nur unter UV-Licht. Nicht nur zum Malen, sondern auch als Farb­beschichtung für Leucht­dioden eignen sich die Aggregate. Weißes LED-Licht ist allgemein schwierig zu erzeugen. Die Forscher beschichteten blaue LEDs mit dem gelb lumines­zierenden Kupfer-Iod-Hybrid und erhielten weißes LED-Licht. Für die Praxis müssen aber wohl noch Anpassungen vorgenommen werden. Die Licht­ausbeute sei noch zu klein, so die Autoren.

Wiley-VCH / DE

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