Les stars nostalgiques « Glow-in-the Dark » qui scintillent sur les plafonds des chambres d'enfance fonctionnent sur un phénomène appelé phosphorescence. Ici, un matériau absorbe l'énergie et le libère plus tard sous forme de lumière. Cependant, la demande récente de matériaux phosphorescents plus doux a présenté aux chercheurs un défi unique, car la production de liquides organiques avec une phosphorescence efficace à température ambiante est considérée comme difficile.
Maintenant, les chercheurs de l'Université d'Osaka ont tenté de s'attaquer à ce problème en produisant un liquide organique qui phosphoresce dans l'environnement ambiant. Cette découverte est publiée dans Sciences chimiques.
Les matériaux traditionnels qui peuvent phosphorescence à température ambiante contiennent des atomes de métaux lourds. Ces phosphores sont utilisés pour créer les écrans électroniques colorés que nous utilisons chaque jour, tels que ceux de nos smartphones. Les matériaux organiques, qui contiennent des atomes de carbone et d'hydrogène (similaires aux matériaux trouvés dans la nature), sont plus respectueux de l'environnement.
Cependant, les molécules organiques libèrent généralement l'énergie absorbée 1 000 fois plus lent que les molécules métalliques et ont besoin d'un environnement rigide – par exemple, étant disposée comme un solide cristallin – à phosphorescence à température ambiante. Les matériaux cristallins sont fragiles et difficiles à traiter.
« Les liquides organiques sont » doux « et peuvent être facilement déformés et traités », explique l'auteur principal, Yosuke Tani. « Cependant, la création de liquides organiques qui phosphorescence à température ambiante est difficile car les liquides sont flexibles. »
Un problème supplémentaire est que les molécules dans un liquide sont si proches les unes des autres que les chromophores, qui absorbent l'énergie, peuvent former des agrégats et transférer l'énergie à d'autres molécules, au lieu de libérer l'énergie comme de la lumière. Dans l'ensemble, ces problèmes peuvent entraîner une mauvaise efficacité de phosphorescence.
Pour surmonter ces défis, l'équipe a conçu un squelette moléculaire organique avec un squelette phosphorescent, appelé 3-Bromo-2-Thiényle Diketone, auquel un groupe spécial de molécules a été attaché – le groupe diméthyloctylsilyle – ou DMOS. La fixation d'un seul groupe DMOS s'est avérée bénéfique, car cela a entraîné un liquide stable à température ambiante. Encore plus intéressant, attacher deux groupes DMOS a perturbé l'agrégation moléculaire et a empêché un affaiblissement de la phosphorescence.
La molécule conçue peut produire une phosphorescence rapidement, en raison de sa conception, créée par l'équipe en pensant à l'efficacité. Le rendement quantique, la mesure de l'efficacité des réactions photochimiques, est la plus élevée connue pour un liquide organique, s'inscrivant environ trois fois l'efficacité d'autres liquides organiques.
« La couleur de la lumière émise par les solides et les liquides est généralement assez muet, tandis que notre matériau est un jaune vif », rapporte Takuji Ogawa, auteur principal. « Cette caractéristique dans notre molécule conçue témoigne de son efficacité. »
On espère que ces améliorations de la phosphorescence bénéficieront à toute application d'un liquide organique. Il est à noter que les matériaux organiques qui sont à la fois phosphorescents et flexibles conduiront à de nouveaux développements dans des écrans électroniques, en particulier pour ceux qui peuvent être pliés ou étirés pour assurer la fonctionnalité des appareils électroniques portables.
