Programmerbare transparente organiske selvlysende tags - skrivning med lys

Selvlysende emission i form af phosphorescens forekommer almindeligvis i dagligdagen som følge af en kvantemekanisk lille overgangssandsynlighed. En lysende emissionstid kan vare fra mikrosekunder til flere timer. Populært kendt for sin anvendelse i glød-i-mørket-produkter og som nødskiltbelysning i offentlige bygninger, det er også en praktisk metode til opbevaring af oplysninger, herunder stempelopdagelse og verifikation. Selvom der i øjeblikket findes lette og omkostningseffektive fremstillingsmetoder til konstruktion af phosphorescenssystemer ved hjælp af organiske emittere, at opnå synlig organisk phosphorescens under omgivende betingelser i laboratoriet til industriel oversættelse er udfordrende.

I en nylig undersøgelse, nu udgivet i Videnskab fremskridt , Max Gmelch og kolleger ved Dresden University of Technology rapporterer om en ny milepæl inden for organisk selvlysende mærkning. For det, de brugte en enkel enhedsstruktur fremstillet af almindeligt tilgængelige materialer til at generere ultratynde, fleksible og gennemsigtige selvlysende belægninger. Den resulterende mærkningsenhed var hurtig, med mulighed for at udskrive mere end 40 cyklusser af information på ethvert substrat af enhver størrelse, ved høj opløsning. Forskerne brugte lys alene, uden blæk, at udskrive en selvlysende besked på materialet. Den kontaktløse proces kan også slette billedet fra det samme materiale. Konceptet repræsenterer en lovende metode til at producere selvlysende on-demand-tags til lagring af information og erstatte konventionelle mærkningsteknikker.

I undersøgelsen, Gmelch et al. brugte et ultratyndt emitterende lag med en tykkelse på 900 nm, overvejende indeholdende poly (methylmethacrylat) (PMMA) også kendt som akrylglas. De inkluderede et gæstemolekyle kendt som NPB (N, N'-di (1-napthyl) N, N'-diphenyl- (1, 1'-biphenyl) -4, 4'-diamin), et almindeligt tilgængeligt hultransportmateriale (ekstraktion og transport), der bruges inden for organisk lysemitterende diode (OLED) teknologi. Forskerne konstruerede den tynde gennemskinnelige belægning til selvlysende mærkning ved at kombinere de to materialer (PMMA:NPB). Afhængigt af underlaget af interesse, belægningen kan også bruges på en række forskellige overflader via spinbelægning, spraycoating eller dipcoating.

Forskerne observerede langvarige, phosphorescens ved stuetemperatur på grund af moderat spin-kobling og tæt pakning af PMMA-polymererne i fravær af ilt. Analogt, at forhindre eksponering af det phosphorescensemitterende lag for ilt, Gmelch et al. deponerede et 600 nm tykt oxygen-barriere-lag oven på prøven. Imidlertid, da forskerne fremstillede prøverne under omgivelsesbetingelser, det emitterende lag indeholdt molekylært oxygen.

Efter excitation med UV -lys (365 nm bølgelængde), NPB -molekylerne nåede deres ophidsede singlet -tilstand (S ₁ ), hvorfra de enten faldt tilbage til grundtilstanden for at udsende fluorescens, eller befolket den ophidsede tredobbelte tilstand T ₁ gennem krydsning mellem systemer (en strålingsfri overgangsproces mellem to elektroniske tilstande med forskellige centrifugeringer). De observerede eksperimentelle energiniveauer passer godt med værdier i litteraturen. En lovende tilgang til lysbaseret mærkning indebærer lokal fjernelse af molekylært oxygen ved hjælp af UV-bestråling. Imidlertid, denne teknik er kun blevet rapporteret i løsning indtil nu. I det nuværende arbejde, Gmelch et al. implementerede teknikken på den fremstillede tynde, faste film.

I dette tilfælde, forskerne eksperimentelt begejstret NPB -emitteren til triplet -tilstand (T ₁ ), hvorfra de blev slukket ved at interagere med triplet grundtilstand af molekylært oxygen (T ₀ ). Af design, den resulterende ophidsede singlet -iltdensitet faldt ved at interagere med det lokale miljø i emitteren, dvs. via PMMA -materialoxidation på belysningsstederne, giver anledning til phosphorescens. Emissionen var umiddelbart synlig i en lang levetid på τ =406 ms, efter at have slukket UV -belysningen. Processen beskrevet af Gmelch et al. aktiverede således luminescens for første gang ved at fjerne ilt inde fra en tynd film. De brugte teknologien til UV-lysafhængigt iltforbrug som skriveværktøj til at skabe et billede på et substrat/materiale.

De fosforescerende billeder kunne slettes så hurtigt og let ved at anvende infrarødt (IR) lys med en bølgelængde på 4 µm i cirka et minut. I dette tilfælde, strålingen blev absorberet af PMMA, og temperaturen steg cirka til cirka 90 grader C til 100 grader C, som var lav nok til at opretholde termisk stabilitet af alle materialer, der blev brugt i undersøgelsen. Materialelagernes fasthed var godt bevaret under hele processen med sletning, mens yderligere skrive- og sletningscyklusser efterfølgende blev tilladt.

Gmelch et al. observerede den faldende intensitet af phosphorescens under hver cyklus på grund af fotoblegning (nedbrydning af emittermolekyler) og iltforbrug (på grund af øgede ikke -strålende tab på grund af matrixændring). Endnu, selv efter 40 cykler, emissionshastigheden nåede 40 procent af dens oprindelige værdi - tilstrækkeligt påviselig med øje eller kamera.

Værdierne for lysintensitet og den tid, der kræves til belysning, der blev præsenteret i undersøgelsen, var langt under dem, der kræves ved tidligere teknikker, med potentiale for gennemførlige industrielle anvendelser. Undersøgelsen viste også, at en ufuldkommen iltbarriere kunne føre til, at ilt igen dukker op i de aktiverede områder med tiden. Den tid, der kræves til forsvinden af ​​phosphorescens, afhænger af tykkelsen af ​​iltbarriererlaget.

For eksempel, et spin-coated lag med en 600 nm tykkelse præsenteret phosphorescens i op til fem timer, mens dem med tykkere iltbarrierefilm (35 til 40 µm) forlængede fænomenet til mere end en dag. Forskerne kunne øge retentionstidsrammerne med et forbedret barrieremateriale eller ved yderligere at øge materialetykkelsen. For hurtigt at slette et print, forskerne brugte iltpåfyldning gennem accelereret prøveopvarmning med IR eller en simpel kogeplade. Som med tryk, den tid, der kræves til phosphorescens-sletning, afhang af barriertykkelsens tykkelse og temperatur.

Forskerne testede en række forskellige substratmaterialer som overflader til phosphorescensbelysning. Arbejdet omfattede sædvanlige fotografier med New York Citys skyline til anvendelse i stort område. Da emissionsbelægningen var helt usynlig, når den var inaktiv, materialerne tjente som et substrat til programmerbar on-demand billedtekstprojektion. Gmelch et al. Demonstrerede endvidere den højere gennemsigtighed af belægningen sammenlignet med rent glas (1 mm).

På denne måde, Gmelch et al. realiseret en fuldt tilgængelig optisk metode til at skrive, læsning og sletning af et materiale til opbevaring af oplysninger. Arbejdet viste muligheden for gentagelig mærkning og læsning uden kontakt, med en opløsning ud over den almindeligt observerede printerkvalitet. Gmelch et al. foreslå brug af meget skalerbare processer til fremstilling af materialer næste. Aflæsningens opløsning i arbejdet var tilstrækkelig til at gemme en informationsdybde på 7 kB cm ^-2 , hvilket svarer til fem sider med almindelig tekst. Teknikken åbner en ny vej til informationslagring ud over permanent datakodning til lave omkostninger og høj skalering. Det nye arbejde vil have praktisk potentiale inden for industriel logistik (mærkning, sporing og transport).

© 2019 Science X Network