Химики получили новые органические материалы для лазеров и сверхтонких экранов

09:00, 20 января 2021

Особая структура определяет наиболее эффективное поглощение и перераспределение энергии

Фотография органического светодиода (OLED). Фото: Екатерина Династия.

Химики Уральского федерального университета и УрО РАН синтезировали новые органические соединения, которые могут найти применение в лазерах и сверхтонких экранах. Совместно с физиками из Томского госуниверситета на основе этих веществ ученые сконструировали прототип экрана сверхвысокого разрешения. Подробнее с работой можно ознакомиться в Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry.

Белый свет представляет собой поток электромагнитных волн с разной энергией: чем короче длина волны, тем выше энергия света. Мы видим этот мир окрашенным во все цвета радуги за счет веществ, которые поглощают, отражают и излучают свет с определенной энергией. Молекулярное строение материала, из которого состоит тот или иной предмет, определяет его взаимодействие со светом. Современные химики способны предсказывать, как именно это будет происходить.

Помимо отражения и поглощения, некоторые соединения в определенных условиях способны к излучению света, или люминесценции. Молекулы таких веществ после поглощения энергии преобразовывают ее в излучение. В начале 1950-х годов французские ученые открыли особый тип веществ, которые могут это делать, используя электричество. Разрабатываемые на базе такого явления устройства называются органическими светодиодами. Их используют для создания дисплеев, в которых возможна настройка отдельно каждого пикселя. Такие экраны способны обеспечивать более высокое разрешение при передаче изображения, чем жидкокристаллические. Благодаря тому, что на пиксели подается не свет, а электричество, черные пиксели остаются черными и соседние точки не засвечивают друг друга. Дисплеи на основе органических светодиодов лучше передают и глубину цвета.

Российские химики синтезировали два новых соединения, которые, в соответствии с их структурой и свойствами, являются органическими красителями. Молекулы полученных веществ содержат атомы азота и серы в составе замкнутых пяти- и шестиугольных циклов, соединенных в определенной последовательности. Именно особая структура, то есть взаимное расположение атомов в молекулах, определяет наиболее эффективное поглощение и перераспределение энергии. Оба вещества оказались способны к стабильной флуоресценции (частный случай люминесценции) в диапазоне температур от −196 до 20°С. Строение молекул играет большую роль при создании красителей. Яркость свечения полученных светодиодов определяется не только толщиной органического слоя, но и отличиями в структуре молекул: излучение одного из веществ при приложении того же значения потенциала было в три раза интенсивнее.

Помимо создания дисплеев, полученные органические красители можно использовать для создания лазеров. Электрический импульс вызывает лавинообразную реакцию в растворе, что приводит к генерации луча света с определенной длиной волны. Обычно в лазерах применяют сложные кристаллы или газы, работающие в узком диапазоне излучаемого света. При помощи полученных красителей получатся источники, в которых при определенных условиях возможно переключать цвет луча, варьируя подаваемое напряжение.

«Полученные нами красители являются результатом многолетних исследований в области химии азотсодержащих органических молекул. Благодаря совместной работе с коллегами из других областей мы раскрываем потенциал применения данных веществ. Внедрение органических материалов — основа развития технологий, которые станут менее энергозатратными и более продуктивными по сравнению с теми, что основаны на использовании неорганических соединений», — пояснил доцент кафедры органического синтеза УрФУ Геннадий Русинов.

Отметим, работа (синтетическая часть) поддержана Российским научным фондом (проект № 19-13-00234).