芝浦工業大学の研究チームは兵庫県立大学と共同で、発光性有機分子をフッ素化亜鉛錯体で連結することにより、溶媒、機械刺激、静水圧といった外部環境に応答して、発光色が青色から赤色まで広範囲かつ可逆的に変化する材料を開発した。
外部刺激に応答して発光色が変化する刺激応答性材料は、分子集合状態や結晶構造と光物性との関係を理解する上で重要な研究対象だ。特に、機械刺激や圧力に応答して発光色が変化する材料は数多く報告されているが、赤色などの長波長発光を安定かつ可逆的に実現する例は限られていた。
研究グループは、青色に発光する有機色素を、芳香族フッ素を導入した亜鉛錯体で架橋するという分子設計により、発光色を大きく変化させる新しい手法を提案した。
この反応は一段階で定量的に進行し、複雑な分子修飾を行うことなく、青色発光分子を基盤とした材料が得られる。溶液中では青色発光を示す一方、結晶化することで分子間相互作用が強まり、擦るなどの機械刺激や静水圧の印加に応答して、発光色が緑色から赤色まで連続的に変化することが明らかになった。さらに、刺激を取り除くことで元の発光状態へと戻る可逆的な挙動も確認された。
今回の研究の特長は、発光色の長波長化を分子骨格の改変によって達成するのではなく、錯体架橋と結晶構造制御によって実現した点にある。亜鉛は一般に無毒で、電子状態としては発光に直接寄与しない金属だが、研究では結晶構造の柔軟性と分子集合状態を制御する要素として機能し、赤色発光を含む広範囲な色変化を引き出した。これにより、物質の状態変化や外部からの刺激を簡便に捉える材料への展開が期待されるとしている。
