På jagt efter fremtidens belysningsmateriale

På Paul Scherrer Institute PSI, forskere har fået indsigt i et lovende materiale til organiske lysdioder (OLED'er). Stoffet muliggør høje lysudbytter og ville være billigt at producere i stor skala - det betyder, at det praktisk talt er lavet til brug i store rumbelysning. Forskere har ledt efter sådanne materialer i lang tid. Den nyskabte forståelse vil lette den hurtige og omkostningseffektive udvikling af nye belysningsapparater i fremtiden. Undersøgelsen vises i dag i tidsskriftet Naturkommunikation .

Forbindelsen er et gulligt fast stof. Hvis du opløser det i en væske eller lægger et tyndt lag af det på en elektrode og derefter påfører en elektrisk strøm, det giver en intens grøn glød. Årsagen:Molekylerne absorberer den energi, der tilføres dem, og udsender den gradvist igen i form af lys. Denne proces kaldes elektroluminescens. Lysemitterende dioder er baseret på dette princip.

Dette grønne selvlysende stof er en varm kandidat til at producere OLED'er, organiske lysdioder. I omkring tre år nu, OLED'er er blevet fundet på skærmene på smartphones, for eksempel. I mellemtiden, de første fleksible tv-skærme med disse materialer er også kommet på markedet.

Ud over, OLED'er gør omkostningseffektiv rumbelysning med et stort overfladeareal muligt. Først, imidlertid, de materialer, der passer bedst til denne applikation, skal findes. Det skyldes, at mange stoffer, der overvejes til OLED'er, indeholder dyre materialer såsom iridium, og dette hæmmer deres anvendelse i stor skala og på omfattende overflader. Uden sådanne tilsætningsstoffer, materialerne kan faktisk kun udsende en lille del af den energi, der tilføres dem som lys; resten er tabt, for eksempel som vibrationsenergi.

Målet med den nuværende forskning er at finde mere effektive materialer til billigere og mere miljøvenlige displays og store belysningsområder. Her, billige og let tilgængelige metaller som kobber lover fremskridt.

Under nøje undersøgelse

Forskere har nu lavet en mere præcis undersøgelse af den kobberholdige forbindelse CuPCP. Der er fire kobberatomer i midten af ​​hvert molekyle, omgivet af kulstof- og fosforatomer. Kobber er et relativt billigt metal, og selve sammensætningen kan let fremstilles i store mængder - ideelle forudsætninger for brug over store, omfattende overflader.

"Vi ønskede at forstå, hvordan den exciterede tilstand af forbindelsen ser ud, " siger Grigory Smolentsev, en fysiker i operandospektroskopi-forskningsgruppen. Altså:Hvordan ændrer stoffet sig, når det optager energi? For eksempel, ændres molekylets struktur? Hvordan er ladningen fordelt over de enkelte atomer efter excitation? "Dette afslører, hvor højt tabet af energi, der ikke vil blive frigivet som lys, sandsynligvis vil være, " tilføjede Smolentsev, "og det viser os, hvordan vi muligvis kan minimere disse tab."

Ved at bruge to store forskningsfaciliteter på PSI - Swiss Light Source SLS og røntgenfri-elektronlaseren SwissFEL - samt European Synchrotron Radiation Facility i Grenoble, Frankrig, Smolentsev og hans samarbejdspartnere kiggede nærmere på de kortvarige ophidsede tilstande af kobberforbindelsen.

Målingerne bekræftede, at stoffet er en god kandidat til OLED'er på grund af dets kemiske struktur. Forbindelsens kvantekemiske egenskaber gør det muligt at opnå et højt lysudbytte. En grund til dette er, at molekylet er relativt stift, og dens 3-D-struktur ændrer sig kun lidt, når den er ophidset. Nu kan forskere begynde at optimere dette stof yderligere til brug i OLED'er.

Værktøjer til fremtiden

Hvad mere er, målingerne på de tre store forskningsfaciliteter ved PSI og i Grenoble var ikke kun væsentlige for undersøgelsen af ​​denne ene kobberholdige forbindelse. Der var mere på spil:De eksperimentelle data opnået på denne måde er også nyttige til at forbedre teoretiske beregninger vedrørende molekyler generelt. "Så i fremtiden vil det være muligt bedre at forudsige, hvilke forbindelser der er mere egnede til OLED'er, og hvilke mindre, " siger Grigory Smolentsev. "Måledataene vil hjælpe kemikerne til at forstå, hvilken del af molekylet der står i vejen for høj effektivitet. Og selvfølgelig:hvordan forbindelsen kan forbedres for at øge dens lysudbytte."