Chất màu huỳnh quang là một loại vật liệu hấp thụ ánh sáng nhìn thấy hoặc tia cực tím có bước sóng cụ thể và sau đó phát ra ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dài hơn. Đặc điểm đáng chú ý của chúng là màu sắc rực rỡ dưới ánh sáng thông thường và huỳnh quang cường độ cao dưới ánh sáng cực tím. Nguyên tắc thiết kế của họ bao gồm nhiều lĩnh vực khoa học, bao gồm cấu trúc phân tử, chuyển đổi năng lượng và tính chất quang học, với trọng tâm cốt lõi là đạt được sự hấp thụ và phát xạ ánh sáng hiệu quả.
Từ góc độ phân tử, các chất màu huỳnh quang thường bao gồm các phân tử hữu cơ có độ liên hợp cao hoặc các vật liệu phát quang vô cơ. Các sắc tố huỳnh quang hữu cơ dựa vào sự chuyển tiếp điện tử π-π* và khung phân tử của chúng chứa các vòng thơm hoặc hệ thống liên kết đôi liên hợp (chẳng hạn như anthraquinone và rhodamine). Những cấu trúc này hấp thụ ánh sáng tử ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy có bước sóng-ngắn thông qua các đám mây điện tử π-mở rộng của chúng và chuyển năng lượng sang trạng thái kích thích thông qua quá trình hồi phục không bức xạ. Khi các electron bị kích thích quay trở lại trạng thái cơ bản, chúng giải phóng năng lượng dưới dạng huỳnh quang có bước sóng dài hơn{6}}, dẫn đến sự phát xạ ánh sáng khả kiến có độ sáng cao. Các sắc tố huỳnh quang vô cơ chủ yếu dựa trên các nguyên tố đất hiếm (chẳng hạn như cadmium kẽm sulfua pha tạp đồng hoặc mangan). Cơ chế phát quang của chúng dựa trên sự chuyển tiếp điện tử d-d hoặc f{10}}f của các ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm trong trường tinh thể, dẫn đến độ ổn định nhiệt và khả năng cản ánh sáng cao hơn.
Việc thiết kế các sắc tố huỳnh quang cũng đòi hỏi phải xem xét hiệu suất chuyển đổi năng lượng và độ tinh khiết của màu sắc. Bằng cách điều chỉnh độ dài liên hợp phân tử, độ phân cực của nhóm thế và sự sắp xếp giữa các phân tử, thời gian tồn tại ở trạng thái kích thích và hiệu suất lượng tử huỳnh quang có thể được tối ưu hóa. Ví dụ: việc đưa vào các nhóm rút electron-(chẳng hạn như cyano) có thể tăng cường sự phát huỳnh quang-chuyển dịch màu xanh lam, trong khi các nhóm cho-điện tử (chẳng hạn như hydroxyl) có xu hướng tạo ra sự phát xạ dịch chuyển-màu đỏ. Hơn nữa, độ phân tán, khả năng chịu thời tiết và độ bám dính của chất màu cần được cải thiện thông qua lớp phủ bề mặt (chẳng hạn như lớp phủ nhựa) hoặc hình thành hạt nano để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng trong lớp phủ, mực in và dấu hiệu bảo mật.
Thiết kế sắc tố huỳnh quang hiện đại đã mở rộng ra ngoài khả năng phát quang đơn giản để bao gồm các phản ứng thông minh, chẳng hạn như các vật liệu nhạy cảm-áp lực hoặc nhiệt độ-nhạy cảm. Những tiến bộ trong tương lai về kỹ thuật phân tử và công nghệ nano sẽ mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi hơn nữa cho sắc tố huỳnh quang trong công nghệ hình ảnh sinh học,-chống hàng giả và thiết bị quang điện tử.
