Sprawdź, co wydarzyło się w świecie nauki i polityki międzynarodowej w I kwartale 2024!
Artykuł - zdjęcie główne
Innowacyjne zastosowanie zmodyfikowanych molekuł AZABODIPY w OLED-ach emitujących w bliskiej podczerwieni: perspektywy dla zrównoważonego rozwoju

Dr Wojciech Mróz – Absolwent Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej. Pracował naukowo dla Uniwersytetu Mediolańskiego-Bicocca, Uniwersytetu Mediolańskiego, Włoskiej Narodowej Rady Naukowej i Włoskiego Instytutu Technologicznego. Obecnie niezależny pracownik naukowy w Instytucie Nauk i Technologii Chemicznych “Giulio Natta” w Mediolanie.Jego aktywność badawcza skupia się na wytwarzaniu i charakteryzacji diod elektroluminescencyjnych opartych na półprzewodnikach organicznych (molekułach, kompleksach metali, polimerach) oraz perowskitach, przygotowywanych zwłaszcza, ale nie tylko, z roztworów. Część jego pracy poświęcona jest także fotofizycznej charakteryzacji materiałów stosowanych w urządzeniach optoelektronicznych. Celem jego badań jest zrozumienie procesów zachodzących w tych układach i znalezienie sposobów ich poprawy, z końcowym zamiarem zastosowania w prototypach przemysłowych.

OLED (Organic Light Emitting Diode)

W obliczu rosnącej potrzeby zrównoważonego rozwoju innowacje w technologii OLED (Organic Light-Emitting Diode) stają się istotnym czynnikiem w kreowaniu przyszłości systemów oświetlenia i wyświetlaczy. Dzięki badaniom nad nowymi materiałami emitującymi światło naukowcy otwierają drzwi do nowych możliwości w zakresie wydajności i ekologicznych rozwiązań, co zwiastuje kolejny ważny krok w ewolucji technologii wyświetlaczy.

W najnowszych pomiarach przeprowadzonych przez międzynarodowy zespół naukowców z udziałem dr. Wojciecha Mroza (Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche „Giulio Natta”, Consiglio Nazionale delle Ricerche) zbadano potencjał nowej molekuły emitującej światło w zakresie bliskiej podczerwieni (Near-Infrared, NIR), co może wytyczyć technologii OLED-ów kolejną obiecującą ścieżkę. Zespół skupił się na analizie pochodnej 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacenu (BODIPY), zmodyfikowanej przez dodanie azotu w pozycji mezo, co tworzy strukturę znaną jako AZABODIPY [RYSUNEK 1]. Do tej molekuły zostały podczepione grupy fenylowe i tiofenowe (DTDPAB), co dało skutek w postaci zmniejszenia energii emitowanych przez nią fotonów. Wyniki, opublikowane w czasopiśmie „Materials Advances”, wskazują na obiecujące właściwości tego materiału w zastosowaniach elektroluminescencyjnych.

Rysunki: Struktury molekuł BODIPY, AZABODIPY i DTDPAB. Rysunek pochodzi z Materials Advances 2023, 4, 1702 na bazie licencji CC-BY.

Jak mówią naukowcy: “Wyniki badań otwierają drogę do zastosowania pochodnych AZABODIPY jako emiterów elektroluminescencyjnych NIR. Co więcej, podejście wprowadzone w niniejszej pracy może być ważną sugestią do pogłębienia badań nad innymi, już znanymi materiałami, które mogłyby wykazać ten sam rodzaj zachowania.”

Zaawansowane modyfikacje AZABODIPY umożliwiają elektroluminescencję w zakresie podczerwieni

Stabilizacja stanu LUMO dzięki wprowadzeniu azotu w strukturę BODIPY prowadzi do znaczącego obniżenia przerwy energetycznej w otrzymanej dzięki takiej zamianie molekule AZABODIPY. Kolejna modyfikacja, taka jak dodanie grup tiofenowych, zmniejsza poziom HOMO, co pozwala na dalsze zmniejszenie przerwy energetycznej. Dzięki tendencji molekuły AZABODIPY i pochodzącej od niej DTDPAB do tworzenia agregatów ich emisja ponownie przesuwa się w kierunku podczerwieni. Wszystkie te zmiany w strukturze molekuły i organizacji emiterów w warstwie OLED-a umożliwiły uzyskanie emisji w czystej podczerwieni z maksimum w 910 nm [RYSUNEK 2], co jest przełomem w dziedzinie elektroluminescencji przy użyciu emitera na bazie AZABODIPY.

Rysunek 2: Widmo elektroluminescencji diody z molekułą DTDPAB jako emiterem. Rysunek pochodzi z Materials Advances 2023, 4, 1702 na bazie licencji CC-BY.

Znaczenie badań dla rozwoju technologii OLED

Znaczenie tego odkrycia wykracza poza czysto naukowe aspekty, otwierając nowe możliwości w kontekście zrównoważonego rozwoju. Zastosowanie DTDPAB w technologii OLED umożliwia produkcję urządzeń emitujących światło w zakresie NIR, co może przyczynić się do redukcji zależności od pierwiastków ziem rzadkich, typowo używanych do generacji emisji w tym zakresie spektralnym. Ilość tych materiałów jest ograniczona, występują one nierównomiernie na świecie oraz ich wydobycie jest kosztowne energetycznie i środowiskowo, co czyni zastosowanie organicznych materiałów elektroluminescencyjnych ważnym krokiem w kierunku ekologicznych i wydajnych technologicznie rozwiązań.

Badania nad pochodnymi AZABODIPY otwierają również nowe perspektywy dla przyszłych innowacji w dziedzinie ekranów NIR i specjalistycznych systemów oświetlenia. Dalsze badania skupią się na optymalizacji tej molekuły w różnych matrycach polimerowych, co może znacząco wpłynąć na wydajność i trwałość urządzeń OLED. Naukowcy planują również zbadać, w jaki sposób różne modyfikacje struktury wpłyną na właściwości elektroluminescencyjne, co może otworzyć drogę do tworzenia bardziej złożonych i wyspecjalizowanych zastosowań.

To odkrycie nie tylko poszerza granice wiedzy w dziedzinie elektroluminescencji NIR, ale stanowi także potencjalną zmianę paradygmatu w produkcji i projektowaniu przyszłych urządzeń elektroluminescencyjnych. Praca zespołu z dr. Mrozem w składzie stanowi znaczący krok w kierunku realizacji bardziej zrównoważonych technologii świetlnych, które będą nie tylko wydajne, ale także przyjazne dla środowiska. W świetle tych wyników przyszłość technologii OLED wydaje się być szczególnie obiecująca, z drzwiami otwartymi do dalszych badań i rozwoju w tej dynamicznie rozwijającej się dziedzinie.

Fot. Unsplash

Wojciech Mroz
Jakub Kalbarczyk
Dodaj komentarz