25.08.2021 - University of Bath

Phosphoreszierendes Material, inspiriert von "im Dunkeln leuchtendem" Holz

Forscher haben ein neues phosphoreszierendes Material aus Lignin entwickelt

Wissenschaftler haben sich die natürliche Fähigkeit von Holz, schwach zu leuchten, zunutze gemacht, um ein neues nachhaltiges phosphoreszierendes Material zu entwickeln, das in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden könnte, von der medizinischen Bildgebung und optischen Sensorik bis hin zu "im Dunkeln leuchtenden" Farbstoffen und Farben.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der North East Forestry University (China) und der University of Bath (UK) untersuchte die natürlichen phosphoreszierenden Eigenschaften von Lignin, einem Hauptbestandteil von Holz.

Bei der Raumtemperatur-Phosphoreszenz (RTP) absorbiert ein Material Energie mit einer kurzen Wellenlänge (z. B. UV-Licht) und gibt sie dann als sichtbares Licht ab. Dies steht im Gegensatz zu fluoreszierenden Materialien, die das Licht sofort wieder aussenden und aufhören zu leuchten, wenn das Licht ausgeschaltet wird.

Die Forscher fanden heraus, dass Lindenholz von Natur aus schwach phosphoresziert und für einige Millisekunden Licht abgibt, da Lignin in einer 3D-Matrix aus Zellulose eingeschlossen ist.

Dies inspirierte sie dazu, die Leuchteigenschaften zu imitieren, indem sie Lignin in einem 3D-Polymernetzwerk vernetzten, wodurch es für etwa eine Sekunde sichtbar leuchtete.

Sie fanden heraus, dass sie die Dauer der Phosphoreszenz verändern konnten, indem sie die Größe der Hohlräume innerhalb des Netzwerks und die Trocknungszeiten des Polymers variierten.

Professor Tony James vom Zentrum für nachhaltige Kreislauftechnologien der Universität Bath (UK) sagte: "Alles Lignin leuchtet schwach, aber der größte Teil der Lichtenergie geht durch Vibration oder Bewegung der Ligninmoleküle verloren, was bedeutet, dass es mit dem bloßen Auge nicht deutlich sichtbar ist.

"Wir haben herausgefunden, dass die Einbettung des Lignins in ein Acrylpolymer dazu führt, dass mehr Energie in Form von Licht emittiert wird - mit anderen Worten: Je weniger es schwingt, desto mehr leuchtet es!

"Die meisten derzeitigen phosphoreszierenden Materialien sind entweder giftig oder schwer herzustellen, daher wollten wir ein neues Material entwickeln, das diese Einschränkungen überwindet.

"Obwohl es noch Raum für Verbesserungen gibt, zeigt unser neues Material ein großes Potenzial für die Herstellung eines stabileren, nachhaltigen, biologisch abbaubaren und ungiftigen phosphoreszierenden Materials, das in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt werden könnte."

Um das neue Material zu demonstrieren, färbte das Team damit Fäden, die in lumineszierenden Textilien verwendet werden könnten. Dies könnte für die einfache Identifizierung und den Fälschungsschutz von Luxustextilien oder Taschen verwendet werden.

Der Hauptautor der Studie, Professor Zhijun Chen vom Engineering Research Center of Advanced Wooden Materials der Northeast Forestry University (China), sagte: "Es ist wirklich unerwartet und interessant: "Das ist in der Tat eine unerwartete und interessante Entdeckung.

"Wir glauben, dass diese Arbeit nicht nur eine neue Option für nachhaltige Nachleuchtmaterialien bietet, sondern auch einen neuen Weg für die wertschöpfende Nutzung von Lignin, dem wichtigsten natürlich vorkommenden aromatischen Polymer, das in der Zellstoffindustrie jährlich 600 Billionen Tonnen produziert.

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