Новый класс соединений, позволяющий серьёзно повысить эффективность люминофоров, а значит и открыть новые перспективы для органической электроники, разработала группа учёных из Уральского федерального университета и Университета Регенсбурга. Результаты исследования представлены в Journal of the American Chemical Society.
Люминесцентные материалы давно применяют в науке и технике, в том числе в качестве люминофоров, то есть веществ, способных преобразовывать поглощаемую энергию в световое излучение. На их основе работает много разных устройств, такие как маркеры и визуализаторы в диагностической медицине и клеточной биологии, сенсоры в аналитической химии и мониторинге окружающей среды. Классический вариант люминофора – неорганический, работающий в присутствии посторонних, искусственных примесей. В последние десятилетия интерес исследователей сдвинулся от неорганических люминофоров, которые уже прочно заняли своё место в светодиодных устройствах (LED), к органическим и металлоорганическим люминесцентным материалам, на которых основано следующее поколение устройств – OLED (органическое светоизлучающее устройство). В теории технология имеет блестящее будущее. Считается, что она позволит нам по-новому взглянуть на многие привычные вещи. Например, дисплеи телевизоров, компьютеров и телефонов станут ещё более тонкими и яркими, с более широким углом обзора, более низким энергопотреблением и меньшей зависимостью от внешних факторов. Некоторые крупные компании уже выпускают экспериментальные партии мобильников, основанных на OLED-технологиях. А корейские компании LG и Samsung – OLED-телевизоры с большими и даже закругленными экранами. Пока они очень дороги, хотя в перспективе могут стать дешевле обычных жидкокристаллических. OLED также задействованы и в защитной маркировке купюр и товарных знаков.
Но путь новых идей на рынке редко бывает безмятежным. Главная причина, которая тормозит развитие технологии, – низкая эффективность излучающих свет полимеров, используемых для создания органических люминофоров, их недолговечность, а порой и ненадёжность. На поиск новых материалов, люминесцентных красителей для OLED-устройств, нацелены сотни лабораторий, как в государственных, так и частных научных центрах по всему миру.
Совсем недавно в одной из таких работ учёным удалось добиться значительных результатов – повысить более чем на 30% (до 80–90%) квантовый выход люминофоров, то есть заставить вещество излучать больше света при меньших энергозатратах. Авторы исследования – группа из Уральского федерального университета и Университета Регенсбурга.
Участник проекта с российской стороны, сотрудник химико-технологического института УрФУ Антон Прохоров: «Любой люминесцентный материал, соединение, основан на поглощении веществом энергии в каком-либо виде (УФ-излучения, электрического разряда, приложенной разницы потенциалов и т. д.), переходе в возбужденное состояние и последующем испускании энергии в виде видимого света при переходе обратно из возбужденного состояния в основное, что называется люминесценцией. При этом с люминесценцией конкурируют другие процессы релаксации (возвращение в основное состояние), главным образом – колебательная релаксация, в результате которой энергия высвобождается в виде тепла, а не света (это безызлучательный процесс). Идея нашего исследования такова, что при повышении жёсткости молекулярной системы, вклад колебательных безызлучательных процессов минимизируется, приводя к увеличению квантового выхода. Ключевым моментом была разработка такого «жёсткого» соединения и его синтез. В качестве «фиксирующего» структурного мотива был выбран карборан, уникальное соединение, обладающее объёмной ароматичностью, и, соответственно, обладающее высокой устойчивостью и жёсткостью, в дальнейшем называемое карборановый каркас, который и обеспечивал жёсткость молекулы. Отдельной задачей было введение карборана в гетероциклическую циклометаллированную структуру. Это мы сделали с помощью разработанной в нашей исследовательской группе универсальной методологии синтеза металлоорганических люминесцентных соединений, позволяющей достаточно легко вводить различные функциональные группы».
Результатом исследования стало получение нового класса высоколюминесцентных соединений. Принцип, заложенный в их основе, по мнению авторов, может быть использован для создания любого типа люминофоров.
Комментарии