Instytut Chemii Fizycznej

   Polskiej Akademii Nauk

 

adres:       ul. Kasprzaka 44/52 

                01-224 Warszawa

 

tel.:          +48 22 3432000

fax/tel.:     +48 22 3433333, 6325276

 

email:        ichf@ichf.edu.pl

WWW:      http://www.ichf.edu.pl/

 

 

 

 

Warszawa, 6 lipca 2011

 

 

 

 

Czerwone światło z węglowych nanorurek

 

 

            Nanorurki węglowe zazwyczaj wyglądają jak czarny proszek. Trudno je zmusić

            do emitowania światła, bo doskonale przewodzą prąd i wychwytują energię innych,

            zdolnych do świecenia cząsteczek chemicznych, umieszczanych w ich pobliżu.

            Przy udziale Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udało się opracować

            stosunkowo prostą metodę, dzięki której pod wpływem światła ultrafioletowego

            nanorurki świecą na czerwono.

 

 

Naukowcy działający w ramach międzynarodowego projektu FINELUMEN, koordynowanego przez dr Nicolę Armarolego z Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattivita, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISOF) w Bolonii, opracowali efektywną metodę wytwarzania nowego materiału fotonicznego: nanorurek węglowych pokrytych kompleksami związków zdolnych do świecenia w czerwieni. "Uczestniczymy w projekcie jako grupa specjalizująca się w badaniach związków lantanowców. Postanowiliśmy połączyć ich znakomite własności emisyjne z doskonałymi cechami mechanicznymi i elektrycznymi nanorurek", mówi prof. dr hab. Marek Pietraszkiewicz z warszawskiego Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN).

 

Nanorurki węglowe można sobie wyobrażać jako zwinięte w rulon płachty grafitu. Powierzchnia boczna każdej nanorurki jest stosunkowo duża i pozwala na doczepienie wielu innych cząsteczek, w tym takich, które mogą świecić. "Przyłączanie świecących kompleksów bezpośrednio do nanorurki nie jest jednak korzystne, bo ta, jako czarny absorber, w wysokim stopniu tłumiłaby luminescencję", tłumaczy doktorantka Valentina Utochnikova z IChF PAN. Aby zredukować niepożądany efekt absorpcji światła, nanorurki najpierw poddaje się reakcji termicznej zachodzącej w temperaturze 140-160 oC w roztworze cieczy jonowej modyfikowanej grupą azydkową. W wyniku reakcji nanorurki pokrywają się cząsteczkami pełniącymi rolę kotwic-łączników. Kotwice z jednej strony przyczepiają się do powierzchni nanorurki, z drugiej mogą przyłączać cząsteczki potrafiące emitować światło widzialne. Swobodny koniec każdego łącznika ma ładunek dodatni.

 

Tak przygotowane nanorurki zostają przeniesione do innego roztworu, zawierającego ujemnie naładowany kompleks lantanowcowy - tetrakis-(4,4,4-trifluoro-1-(2-naftylo-1,3-butanodionian) europu. "Związki lantanowcowe, czyli zawierające pierwiastki z VI grupy układu okresowego, są bardzo atrakcyjne dla fotoniki, ponieważ charakteryzują się wysoką kwantową efektywnością świecenia oraz dużą czystością koloru emitowanego światła", podkreśla Utochnikova.

 

Po rozpuszczeniu w roztworze, ujemnie naładowane kompleksy europu dzięki oddziaływaniu elektrostatycznemu są samoistnie wyłapywane przez dodatnio naładowane swobodne końcówki kotwic na nanorurkach. W wyniku procesu każda nanorurka zostaje trwale otoczona cząsteczkami zdolnymi emitować światło widzialne. Gdy reakcja dobiegnie końca, zmodyfikowane nanorurki poddaje się płukaniu i suszeniu. Ostatecznym produktem jest czarny jak sadza proszek. Wystarczy go jednak wystawić na promieniowanie ultrafioletowe, aby zakotwiczone na nanorurkach kompleksy lantanowcowe zaczęły świecić na czerwono.

 

Koncepcję modyfikacji nanorurek i substraty - ciecz jonową oraz kompleks lantanowcowy do pokrywania nanorurek węglowych - opracował zespół prof. Pietraszkiewicza w IChF PAN, natomiast modyfikacje nanorurek i badania spektralne wykonały zespoły badawcze z Uniwersytetu Namur w Belgii i Instytutu CNR-ISOF z Bolonii. Co istotne, reakcje chemiczne prowadzące do powstania nowych świecących nanorurek okazały się znacznie prostsze w realizacji od stosowanych dotychczas.

 

Otrzymany materiał fotoniczny może być używany m.in. do detekcji cząsteczek, w tym o charakterze biologicznym. Identyfikacja następowałaby poprzez analizowanie zmian świecenia nanorurek po osadzeniu się na nich cząsteczek badanych substancji. Dobre przewodnictwo elektryczne w połączeniu z możliwością wydajnego świecenia czynią nowe nanorurki atrakcyjnym materiałem także dla technologii bazujących na organicznych diodach elektroluminescencyjnych OLED.

 

Międzynarodowy projekt FINELUMEN funkcjonuje w ramach akcji kształcenia początkowego naukowców Marie Curie Initial Training Networks, działającej w 7. Programie Ramowym Unii Europejskiej.

 

Zagadnienia dotyczące nowych materiałów fotonicznych, w tym świecących nanorurek, były jednym z tematów niedawno zakończonych dwóch Szkół Letnich, organizowanych przez Instytut Chemii Fizycznej PAN i Fundację Polskiej Sieci Chemii Supramolekularnej: Międzynarodowej Szkoły Letniej "FINELUMEN" w Łochowie (http://fiss2011.pl/) oraz VIII Międzynarodowej Szkoły Letniej w Krutyni (http://ikss2011.pl/). Szkoła w Krutyni dotyczyła zaawansowanych technologii fotowoltaicznych, a jej trzecim współorganizatorem był Uniwersytet w Edynburgu.

 

Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie

i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.

 

 

 

KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:

 

                prof. dr hab. Marek Pietraszkiewicz

                Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

                tel. +48 22 3433416

                email: mpietraszkiewicz@ichf.edu.pl          

 

 

 

POWIĄZANE STRONY WWW:

 

                http://www.ichf.edu.pl/

                Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.

 

                http://www.ichf.edu.pl/press/

                Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

 

 

 

MATERIAŁY GRAFICZNE:

 

IChF110706b_fot01s.jpg                                    HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/07/IChF110706b_fot01.jpg

Doktorantka Valentina Utochnikova prezentuje próbkę nanorurek węglowych z kompleksami europu opracowanymi w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Pod wpływem ultrafioletu proszek emituje światło czerwone. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)

 

IChF110706b_fot02s.jpg                                    HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/07/IChF110706b_fot02.jpg

W świetle widzialnym nanorurki węglowe wyglądają zazwyczaj jak czarny proszek (zdjęcie górne). Po pokryciu kompleksami lantanowców zawierającymi europ, opracowanymi w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie, proszek oświetlony lampą ultrafioletową świeci w kolorze czerwonym (zdjęcie dolne). (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)