http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=148c2622-8a31-4900-8aab-e3a41e0d892f&print=1
© 2020 Российская академия наук

Химики получили новый материал для создания инфракрасных органических светодиодов

17.07.2020



Российские химики синтезировали серию новых координационных соединений редкоземельного металла неодима, пригодных для создания органических светодиодов. Полученные соединения способны светится в ближнем инфракрасном диапазоне под действием ультрафиолетового излучения или электрического тока, причем эффективность преобразования излучения достигает рекордных значений. На их основе также были изготовлены тестовые светодиоды, излучающие в невидимом ИК-диапазоне в области длин волн, применяемых в современном телекоммуникационном оборудовании. О своей работе ученые сообщили в журнале Dyes and Pigments. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).

С каждым годом органические светодиоды (OLED) все активнее проникают на рынок: это связано с их высокой яркостью, низким энергопотреблением и относительной простотой производства. Основные области их применения — создание дисплеев и экономичных осветительных панелей, однако в последнее время возрастает интерес к использованию органических эмиссионных материалов и в других областях техники.

Большинство коммерческих OLED-устройств изготавливаются на основе металлоорганических соединений металлов платиновой группы (иридия, платины, осмия) или полимерных материалов. Однако эти материалы практически непригодны для создания источников света в ИК-области. Напротив, комплексные соединения некоторых редкоземельных металлов очень перспективны в этой области. Координационные соединения состоят из специально подобранных органических молекул (лигандов), химически связанных с центральным ионом металла. Трудность создания эффективных люминесцентных материалов заключается в подборе структуры органического окружения так, чтобы оно хорошо поглощало возбуждающее излучение, и затем с минимальными потерями передавало энергию на центральный ион, который и является ИК-излучающим центром.

«Используя предыдущий значительный опыт по созданию ярких люминофоров видимого диапазона, нам удалось подобрать органическое окружение для иона неодима таким образом, чтобы передача энергии в комплексе осуществлялась эффективно. Специально синтезированные лиганды на основе азотсодержащих гетероциклических фрагментов позволили достичь эффективности преобразования ультрафиолетового света в инфракрасное излучение порядка 2%, что в настоящее время является рекордно высоким значением», — рассказывает Илья Тайдаков, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, участник проекта по гранту РНФ.

В рамках работы была получена серия соединений, различающихся по структуре органического окружения, и всесторонне исследовано их строение, физические и химические свойства. Экспериментальные данные были подкреплены результатами теоретических расчетов. Неожиданным оказалось то, материалы облают аномально высокой интенсивностью свечения в области 800-900 нм, что не характерно для соединений такого типа. Кроме того, полученные вещества были протестированы в составе OLED-структур. Для неоптимизированных диодов максимальная эффективность составила 0,4 мкВт/Вт (на длине волны 900 нм), что является хорошим результатом.

Помимо применения в OLED, новые материалы могут быть использованы для создания микролазеров, защитных элементов для ценных бумаг и в качестве люминесцентных меток для биологических применений.