Органические светоизлучающие диоды, больше известные как OLED, наиболее перспективны в производстве электроники. Они отличаются гибкостью, тонкостью и обладают низким энергопотреблением. Однако даже они переводят в свет лишь 25% потребляемой электроэнергии, остальные три четверти переходят в тепло, нагревая устройство. Химики из
Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) синтезировали металлоорганические люминофоры на основе ациклических диаминокарбенов, которые в перспективе позволят повысить эффективность светоизлучения OLED до 100%.
В молекуле полученного вещества атом платины соединен с несколькими органическими фрагментами. Подобные комплексы хорошо известны ученым благодаря своей фотолюминесценции — способности светиться при облучении. Они используются для изготовления светоизлучающих полимеров, в качестве оптических датчиков и фотокатализаторов. Однако для производства источников света металлоорганика с ациклическими диаминокарбенами ранее не применялась, поскольку не было данных о ее способности к электролюминесценции — излучении света при прохождении тока. К тому же металлоорганические люминофоры были сложны в получении: на промежуточном этапе сборки с органическим фрагментом могли происходить превращения, из-за чего в результате получалось не то вещество, которое необходимо.
Ученые из Санкт-Петербурга использовали перспективный метод синтеза, в котором первоначально формировалось металлсодержащее соединение, а финальная модификация органического фрагмента происходила уже непосредственно внутри этого соединения, что обеспечило стабильность молекулы в процессе сборки. Это позволило получить недоступный ранее тип светоизлучателя с улучшенными характеристиками.
Молекулярная структура светоизлучающего металлоорганического соединения и фотография модельного светодиода на его основе. Источник: Михаил Кинжалов
Синтезированный люминофор при прохождении через него тока светится зеленым цветом. Для проведения экспериментов ученые собрали модели органических светодиодов, использовав вещество в качестве светоизлучающего слоя. Изобретение продемонстрировало высокую стабильность: свет оставался постоянным даже при изменении напряжения, а устройство не перегревалось во время работы. Экспериментальные образцы показали яркость в 1,5 раза выше, чем у их ближайших аналогов. Ученые также обнаружили, что, если изменить конструкцию светодиода, свечение становится белым. Это дает возможность использовать люминофор при изготовлении источников как зеленого, так и белого света.
«Сейчас мы работаем над аналогичными веществами с красным и синим светом излучения, чтобы можно было собрать RGB OLED-устройство. Органические компоненты будут немного отличаться, но металл по-прежнему из платиновой группы, потому что на их основе получаются люминесцирующие материалы с наилучшими свойствами. Ключевой шаг в этом направлении уже сделан: до нас никто не знал, получится ли синтезировать металлоорганические люминофоры на основе ациклических диаминокарбенов, обладающее электролюминесценцией. Теперь путь известен, нужно его только расширить», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Михаил Кинжалов, доктор химических наук, доцент кафедры физической органической химии СПбГУ.
