Химики получили новый материал для инфракрасных светодиодов

Прослушать новость
Остановить прослушивание

Российские химики синтезировали серию новых координационных соединений редкоземельного металла неодима, пригодных для создания органических светодиодов. Полученные соединения способны светиться 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», — рассказал 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.