Buzz
Được lấy cảm hứng từ sự tỏa sáng ở nhiệt độ phòng của gỗ tự nhiên, các nhà nghiên cứu đã sản xuất một loạt vật liệu phát quang bền vững mới bằng cách tinh chế lignin, một thành phần chính của gỗ, trong một mạng lưới polyme 3D mô phỏng cấu trúc gỗ.
Sự tỏa sáng quang phát ở nhiệt độ phòng là khi một vật liệu hấp thụ năng lượng từ bước sóng ngắn (như tia UV) và sau đó phát ra nó dưới dạng ánh sáng có thể nhìn thấy.
Khác với vật liệu phát quang, nó không tức thì tỏa sáng trở lại và ngừng tỏa sáng khi không còn ánh sáng chiếu vào.
Giáo sư Zhijun Chen và nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Vật liệu Gỗ Tiên tiến, Đại học Lâm nghiệp Đông Bắc, đã khám phá ra rằng lignin trong gỗ dổi tự nhiên và phốt pho yếu có thể phát ra ánh sáng trong vài mili giây do bị gắn lại trong ma trận 3D của xenlulo.
Điều này đã thúc đẩy họ mô phỏng các đặc tính phát quang bằng cách liên kết chéo lignin trong mạng polyme 3D, làm cho nó phát sáng mạnh mẽ hơn trong thời gian dài hơn.
'Đó thực sự là một phát hiện bất ngờ và thú vị', giáo sư Chen nói.
'Chúng tôi tin rằng công việc này không chỉ cung cấp một lựa chọn mới cho vật liệu phát quang bền vững mà còn là một phương tiện mới để tận dụng tối đa các giá trị của lignin'.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bằng cách điều chỉnh kích thước của các khoang trong mạng lưới polyme 3D và thời gian sấy polyme khác nhau, họ có thể thay đổi thời gian tồn tại của lân phát.
Lân phát, hay còn gọi là đá quang, là một dạng phát quang trong đó các phân tử chất phát lân hấp thụ ánh sáng, chuyển đổi năng lượng của photon thành năng lượng của electron ở một số trạng thái lượng tử có mức năng lượng cao nhưng ổn định trong phân tử để sau đó electron rơi về trạng thái lượng tử ở mức năng lượng thấp hơn, và phát ra một phần năng lượng trở lại dưới dạng các photon. Lân phát khác biệt với huỳnh quang ở chỗ quá trình rơi về trạng thái cũ của electron, kèm theo phát ra photon, diễn ra rất chậm chạp. Trong huỳnh quang, quá trình rơi về trạng thái cũ của electron xảy ra gần như ngay lập tức, khiến photon được phát ra ngay lập tức. Trong lân phát, electron hoạt động như một bộ nhớ ánh sáng: thu nhận ánh sáng và sau đó chậm chạp phát ra ánh sáng.
'Tất cả lignin đều phát sáng yếu, nhưng hầu hết năng lượng ánh sáng bị mất do các phân tử lignin rung động hoặc chuyển động, điều này có nghĩa là chúng không thể nhìn thấy rõ bằng mắt thường', giáo sư Tony James, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Thông tin Bền vững, Đại học Bath, nói.
'Chúng tôi đã phát hiện ra rằng việc gắn kết lignin trong một polyme acrylic sẽ làm cho nhiều năng lượng phát ra dưới dạng ánh sáng - tức là, ít chuyển động hơn, phát sáng nhiều hơn'.
'Hầu hết các vật liệu phát quang hiện nay đều chứa các thành phần độc hại hoặc khó điều chế, vì vậy chúng tôi muốn phát triển một vật liệu mới để khắc phục những hạn chế này'.
'Mặc dù nghiên cứu này vẫn còn mới và chưa thực sự khai thác hết mọi khía cạnh, nhưng vật liệu mới của chúng tôi có tiềm năng lớn trong việc tạo ra một vật liệu lân quang không độc hại có thể phân hủy sinh học, ổn định hơn, có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau'.
Các chất lân quang được sử dụng để tạo ra nguồn sáng trong các tình huống thiếu ánh sáng nhưng không cần tiêu tốn năng lượng để nuôi. Năng lượng phát sáng đã được tích trữ từ khi chất này tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên. Chẳng hạn như chúng được sử dụng trên đồng hồ đeo tay, giúp đọc giờ trong bóng tối; gắn trên kim chỉ của la bàn, giúp xác định hướng trong đêm; hoặc gắn trên công tắc đèn, cho biết vị trí của công tắc khi đèn chưa được bật. Chúng cũng được sử dụng để trang trí, làm mực phát sáng (mặc dù loại mực này thường sử dụng chất huỳnh quang hơn). Việc tạo ra laser cũng có thể sử dụng các chất lân quang. Lý do là electron có thể duy trì trạng thái kích thích trong thời gian dài đủ để chờ đợi photon khác đi qua và gây ra phản xạ kích thích đồng pha. Các chất lân quang cũng đã được sử dụng trong màn hình CRT. Sau khi một dòng electron đập vào một điểm ảnh trên màn hình, điểm này, chứa các chất lân quang, được kích thích và tiếp tục phát sáng trong một thời gian ngắn sau đó. Tuy nhiên, các vật liệu huỳnh quang cũng có thể được sử dụng, nhờ vào hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc. Tương tự như màn hình CRT, màn hình ghi lại các dòng hạt (electron, tia X, neutron,...) năng lượng cao cũng có thể chứa các chất lân quang; mặc dù các chất huỳnh quang cũng có thể được sử dụng.
Tên gọi 'lân quang' xuất phát từ sự phát ra ánh sáng trong bóng tối, tương tự như ánh sáng lân tinh, được tạo ra bởi các hợp chất phốt pho khi phản ứng hóa học oxy hóa trong không khí. Tên gọi này được sử dụng để mô tả các chất phát sáng trong bóng tối mà không cần cháy, từ khi nhà giả kim người Đức Hennig Brand phát hiện ra phốt pho vào năm 1669 thông qua việc điều chế nước tiểu. Ông nhận thấy chất mình mới điều chế phát sáng trong bóng tối. Chữ phosphor gốc từ tiếng Hy Lạp phosphoros, có nghĩa là 'vật mang ánh sáng'. Tuy nhiên, tính chất vật lý của hai hiện tượng là khác nhau; ánh sáng của phosphor được tạo ra từ phản ứng hóa học. Sự phát sáng của phosphor mà Brand thấy thực ra là do phosphor cháy âm ỉ và chậm trong không khí.
