Новости перспективных технологий

Люминофорам добавили света

Изображение с сайта strf.ru

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.

Люминофор Структура соединения, разработанного учёными УрФУ и Университета Регенсбурга.

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 сильно 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, что выливается в большие издержки производства готовых изделий, их недолговечность, а порой и ненадёжность, зависимость от многих условий. Для науки это огромное поле работы. 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 процентов, до 80—90 процентов, 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, рассказал STRF.ru, за счёт чего получилось увеличить к. п. д. люминофоров:

— 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 «жесткого» соединения и его синтез. В качестве «фиксирующего» структурного мотива был выбран карборан, уникальное соединение, обладающее объемной ароматичностью, и, соответственно, обладающее высокой устойчивостью и жесткостью, в дальнейшем называемое карборановый каркас, который и обеспечивал жесткость 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.

Информация с сайта strf.ru.