Ajou University и партнёры создали безметалловый органический излучатель с синей фосфоресценцией 12 мкс в плёнке PMMA
Международная группа показала, что направление поворота двух карбонильных групп задаёт скорость фосфоресценции органических молекул. Результат лабораторный и может снизить зависимость от иридия.
Совместная группа Ajou University, Мичиганского университета и Сеульского национального университета предложила принцип конструирования безметалловых органических молекул, дающих быструю синюю фосфоресценцию при комнатной температуре со временем жизни порядка микросекунд, сообщает unimatea.co.kr. Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition. unimatea.co.kr
unimatea.co.krunimatea.co.krОткрыть источник ↗
Фосфоресценция важна для OLED, потому что около 75% энергии возбуждения, возникающего при протекании тока, приходится на триплетное состояние, которое флуоресцентные материалы в свет превратить не могут. Красные и зелёные излучатели OLED сегодня содержат фосфоресцирующие соединения на основе иридия: он редок и дорог, а в статье отмечены также проблемы токсичности и стабильности. Тяжёлые атомы ускоряют триплетное излучение за счёт спин-орбитального взаимодействия. В чисто органических фосфорах его нет, поэтому свечение обычно длится от миллисекунд до секунд, что даёт остаточное изображение и потери эффективности в дисплеях.
Направление поворота карбонильных групп
Группа изучала модельную молекулу MeBrTPA: бензольное кольцо с карбонильной группой (C=O) с каждой стороны и атомом брома рядом. Обе группы слегка повёрнуты относительно плоскости кольца. Авторы установили, что важнее не угол поворота, а его направление, и назвали концепцию направленной ориентацией карбонила (DCO).
Две кристаллические формы MeBrTPA излучали синий свет около 450 нм. В форме I, где группы повёрнуты в одну сторону, время жизни фосфоресценции составило 15 мкс. В форме II, с противоположными поворотами, оно равнялось 80 мкс, то есть примерно в пять раз больше. Этильное, бутильное и гексильное производные кристаллизовались с противоположными поворотами и показали медленные времена жизни 120–210 мкс. unimatea.co.kr
unimatea.co.krunimatea.co.krОткрыть источник ↗
Квантово-химические расчёты показали: при противоположных поворотах молекула центрально симметрична, и нужное спин-орбитальное взаимодействие почти полностью гасится. При одинаковом направлении симметрия нарушается, и взаимодействие возрастает в сотни раз. Авторы добавляют, что на путь излучения влияет и взаимодействие с соседними молекулами в кристалле.
Зафиксированная молекула в пластиковой плёнке
Поскольку упаковку в кристалле контролировать трудно, группа заложила выгодную геометрию в саму молекулу. В новом соединении CyclicBrTPA два бромсодержащих терефталевых фрагмента соединены короткой цепочкой, так что поворот сохраняет одно направление.
При добавлении 0,01–1% в плёнку PMMA оно давало синюю фосфоресценцию со временем жизни около 12 мкс без кристаллизации. При стократном изменении концентрации эффективность и скорость почти не менялись. В растворе молекула при комнатной температуре не светится, поэтому жёсткая твёрдая матрица по-прежнему нужна. unimatea.co.kr
unimatea.co.krunimatea.co.krОткрыть источник ↗
Авторы называют возможными областями применения безметалловые излучатели OLED и биоимиджинг, где микросекундное свечение позволяет отделить сигнал от короткоживущей фоновой флуоресценции. Ведущий автор, профессор Хо из Ajou University, отметил, что для применения в устройствах потребуются дальнейшие работы по повышению эффективности излучения.
