Новый материал для светодиодов на основе комплекса меди
02.06.2020
Группа химиков из России и стран ЕС разработала новый материал для органических светодиодов на основе комплекса меди. Российский коллектив рассчитал молекулярные параметры соединения, немецкие ученые синтезировали сам комплекс и сконструировали светодиод, швейцарская группа изучила свойства материала с помощью сверхбыстрой рентгеновской спектроскопии. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда, а результаты работы опубликованы в Nature Communications и Journal of American Chemical Society.
От предшественников новый материал отличается сочетанием низкой стоимости, высокой эффективности и повышенной устойчивости. «Светодиоды за последние годы произвели настоящий переворот в индустрии осветительных приборов. С каждым годом все чаще используются дисплеи на основе органических светодиодов (OLED). Основные преимущества технологии OLED — низкое энергопотребление при высокой яркости и возможность создания тонких и гибких экранов. Последние модели современных телевизоров, телефонов, фотоаппаратов и прочих гаджетов имеют дисплеи именно такого типа. Но существует и обратная сторона медали: яркие органические светодиоды часто включают в себя редкие химические элементы — например, иридий или рутений. Из-за этого создание больших светоизлучающих матриц стоит очень дорого. Задача нашего крупного международного коллектива заключалась в разработке материала для бюджетного и эффективного органического светодиода», — рассказывает заведующий лабораторией строения металлоорганических и координационных соединений ИМХ РАН д.х.н. Сергей Кетков.
Теоретические разработки научной группы из ИМХ РАН позволили определить особенности электронного строения комплекса, заранее спланировать условия экспериментов по исследованию фотофизических свойств нового материала и впоследствии интерпретировать полученные экспериментальные результаты, заложив основы для будущих исследований. Кроме того, с помощью методов квантовой химии российским ученым удалось установить, как изменяется электронная плотность молекулы в процессах переноса энергии.
Синтезом соединения занимались химики из Германии. Исследователям удалось получить новый люминесцирующий комплекс, содержащий каркас из четырех атомов меди, связанных с атомами углерода и фосфора, и сконструировать на его основе прототип органического светодиода, используя центрифугирование. Синтезированное соединение оказалось очень перспективным из-за эффективной люминесценции, поэтому его отправили на дальнейшее исследование.
Ученые из Швейцарии экспериментально изучали сверхбыстрые процессы, происходящие в молекулах комплекса. С помощью уникальной рентгеновской спектроскопии исследователи выяснили механизмы переноса энергии, приводящие к излучению света с высоким выходом, а также определили, как изменяются электрические заряды на атомах меди при переходах. Исследователи из Швейцарии отмечают, что знания, полученные ими при изучении механизмов работы светодиода, в будущем помогут в создании новых, еще более мощных источников света. Содержащие медь светодиоды будут значительно дешевле, чем OLED на основе соединений иридия и прочих редких элементов. Разработанный учеными материал окажется особенно полезен при создании осветителей большой площади.