Diese Verbindungen ändern ihre Farbe irreversibel nach Überschreiten einer bestimmten Temperatur

Wissenschaftler des CNRS haben kupferbasierte Verbindungen synthetisiert, deren Lumineszenz irreversibel die Farbe ändert, sobald eine kritische Temperatur überschritten wird. Diese Farbänderung, ein einzigartiger Zeuge der thermischen Vergangenheit ihrer Umgebung, weckt Interesse an der Entwicklung innovativer zerstörungsfreier Prüfverfahren.


Die jüngsten Nachrichten verdeutlichen die Abhängigkeit moderner Gesellschaften von Rohstoffquellen für strategische Materialien. Eine entscheidende Abhängigkeit zeigt sich im Bereich der täglich verwendeten lumineszierenden Materialien, die in Bildschirmen (Mobiltelefone, Computer) und in zahlreichen Detektionsanwendungen genutzt werden. Tatsächlich werden die Lumineszenzeigenschaften häufig von photoaktiven Derivaten erzeugt, die auf schweren, kostbaren und/oder seltenen Atomen basieren und manchmal erhebliche Toxizitäten aufweisen. Dies stellt eine ernste Einschränkung für ihre großflächige Anwendung dar.

In diesem Kontext sind lumineszierende Materialien auf Basis von Cu(I)-Ionen besonders attraktiv, da sie kostengünstig sind und Kupfer in der Natur reichlich vorhanden ist. Darüber hinaus ermöglicht ihre flexible molekulare Struktur, die leicht durch äußere Reize (Temperatur, Druck...) verändert werden kann, die Modulation ihrer Lumineszenzeigenschaften.

Chemiker des Instituts der Chemiwissenschaften in Rennes (CNRS/Université Rennes/ENSCR/INSA Rennes) haben eine einfache und schnelle Synthese einer breiten Familie von Metallkomplexen entwickelt, die bei Raumtemperatur bemerkenswerte photolumineszente Eigenschaften aufweisen.

Für diese Synthese stellten sich die Wissenschaftler einen lumineszierenden Vorläufer vor, der aus vier Cu(I)-Ionen besteht, die durch organische Moleküle miteinander verbunden sind und deren Natur die Emissionswellenlänge modulieren kann. Sie beobachteten anschließend eine irreversible Farbänderung der Emission des Materials im festen Zustand über einer für jede Verbindung spezifischen Temperatur. Sie konnten die Ursache dieses neuartigen Übergangs auf eine Dissoziation der polymeren Struktur dieser Komplexe zurückführen, die durch das Überschreiten einer Grenztemperatur aktiviert wird.

Solche originellen Verhaltensweisen sind die direkte Folge der hohen Flexibilität der Anordnung der lumineszierenden Vorläufer auf Cu(I)-Basis. Es ist tatsächlich möglich, diese Strukturen durch Temperaturerhöhung zu dissoziieren, während die molekulare Struktur des Vorläufers innerhalb des neuen Materials, das die Lumineszenz erzeugt, intakt bleibt. Das neue Material weist dann eine deutlich andere Lumineszenz als die ursprüngliche polymere Anordnung auf.

Eine neuartige Eigenschaft, die diese Materialien zu Zeugen der thermischen Vergangenheit ihrer Umgebung macht. Man kann sich daher vorstellen, sie in technologische Geräte einzufügen, bei denen sichergestellt werden soll, dass sie bestimmte Temperaturen nicht überschritten haben, um eine ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten. Die Ergebnisse sind Gegenstand eines Artikels in der Zeitschrift Adv. Opt. Mater.

Verfasser: CCdM

Referenz:
A. Schlachter, F. Moutier, R. Utrera-Melero, J. Schiller, A. Moustafa Khalil, G. Calvez, M. Scheer, K. Costuas & C. Lescop.
Photolumineszent Cu(I)-Komplexe mit Hochtemperatur-Festkörperübergängen als neue Klasse von thermischen Geschichtstracern
Adv. Opt. Mater, 2024
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202400347