Команда использовала лигнин — вещество, естественным образом присутствующее в стенках растительных клеток, а также являющееся основным побочным продуктом деревообрабатывающей и бумажной промышленности.
Мригакши ДикситИнновация 
Мригакши Диксит 
Разработана экологически чистая замена светоизлучающим материалам, используемым в современных дисплеях, таких как телевизоры и смартфоны.
Новый материал использует обычные древесные отходы, чтобы создать более экологичное будущее для электроники, удаляя токсичные металлы и избегая сложных, загрязняющих окружающую среду методов производства.
Его разработали исследователи из Йельского университета и Ноттингемского университета Трента.
В частности, группа использовала лигнин — вещество, естественным образом присутствующее в стенках растительных клеток, а также являющееся основным побочным продуктом деревообрабатывающей и бумажной промышленности.
Вызов современных технологий
Фотолюминесцентные твердотельные материалы, часто называемые светоизлучающими материалами, функционируют за счет поглощения ультрафиолетового (УФ) света и последующего переизлучения этой энергии в виде видимого света.
Эта способность «светиться» делает их идеальными для высокотехнологичных продуктов, таких как технологии отображения в датчиках, защитные краски и биомедицинская визуализация.
Однако современные светоизлучающие материалы, как правило, основаны на токсичных металлах и невозобновляемых ресурсах.
Более того, их изготовление обычно требует сложных многоэтапных процессов, приводящих к образованию опасных химических отходов.
Главной целью исследователей было создание инноваций и жизненно важных материалов из экологически чистых источников с использованием процессов, генерирующих минимум отходов и рисков.
«В этом исследовании мы не только упростили синтез этих материалов, но и использовали многочисленные потоки отходов для производства регулируемых материалов более безопасным способом», — сказал доктор Даррен Ли, соавтор исследования из Ноттингемского университета Трент.
Наука, лежащая в основе зеленого свечения
В рамках этой работы лигнин был смешан с гистидином, простой аминокислотой.
Результатом является ряд твердотельных материалов, которые флуоресцируют в УФ-свете и обладают легко настраиваемыми фотолюминесцентными свойствами.
Интересно, что для получения материала требуются только экологичные растворители — вода и ацетон, — что упрощает синтез и снижает воздействие на окружающую среду.
Компьютерное моделирование показало, как молекулярные взаимодействия между лигнином и гистидином обеспечивают этот уникальный перенос протонов под действием света.
Эффект флуоресценции основан на известном, но редко исследуемом процессе, называемом переносом протона в возбужденном состоянии (ESPT).
Используя компьютерное моделирование, исследователи выяснили, как молекулярные взаимодействия между лигнином и гистидином обеспечивают этот управляемый светом перенос протонов.
Определенные структуры лигнина, известные как «фенольные группы», поглощают ультрафиолетовый свет и заряжаются энергией.
Находясь в этом заряженном состоянии, лигнин функционирует как фотокислота, перенося протоны к гистидину внутри твердого материала.
Когда лигнин расслабляется, он испускает свет при комнатной температуре. Примечательно, что некоторые материалы продолжали кратковременно светиться даже после удаления источника УФ-излучения.
«Концепция ESPT не нова, она хорошо известна на примере чистых фенольных молекул», — сказал доктор Хо-Инь Цзе, первый автор и исследователь из Центра зеленой химии и зеленой инженерии Йельского университета.
«Но интересно то, что естественные фенольные структуры лигнина, присутствующие во всей макромолекуле, могут по своей природе поддерживать такое фотокислотное поведение, и этот эффект редко изучался в этом контексте», — добавил Це.
Полученные данные объясняют механизм, посредством которого биополимеры достигают эффективного излучения света без использования металлов.
Успешная разработка этого не содержащего металлов и получаемого из отходов материала является важным шагом на пути к устойчивому производству в электронной и светотехнической промышленности.
Исследование опубликовано в журнале Chem.
Рекомендуемые статьи
Получайте последние новости из мира техники, технологий, космоса и науки — ежедневно на ваш почтовый ящик. Зарегистрируйтесь бесплатно. Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и Политикой.
Вы можете отписаться в любое время.
Sourse: interestingengineering.com
