Verdens første demonstration af vedvarende luminescens fra organiske materialer, der skal låse op for nye, udvidede anvendelser

Glow-in-the-dark-malinger, der har forbedret fleksibilitet og gennemsigtighed, samtidig med at de er billigere og nemmere at fremstille, er i horisonten takket være ny forskning fra Kyushu University. I en banebrydende demonstration, lysemission, der varede mere end en time, blev opnået fra organiske materialer, som også er lovende til at låse op for nye applikationer såsom i bio-imaging.

Baseret på en proces kaldet vedvarende luminescens, glød-i-mørke materialer virker ved langsomt at frigive energi absorberet fra omgivende lys. Anvendes i ure og nødskilte, kommercielle glød-i-mørke materialer er baseret på uorganiske forbindelser og omfatter sjældne metaller såsom europium og dysprosium. Imidlertid, disse materialer er dyre, kræver høje temperaturer at fremstille, og sprede lys – i modsætning til at være gennemsigtigt – når de males til pulvere til maling.

Kulstofbaserede organiske materialer - svarende til dem, der bruges i plast og pigmenter - kan overvinde mange af disse ulemper. De kan være fremragende emittere og er allerede meget brugt i organiske lysdioder (OLED'er). Men det har været svært at opnå langvarig emission, og den længste emission fra organiske stoffer under indendørs belysning ved stuetemperatur var, indtil nu, kun et par minutter.

Forskere ved Kyushu University's Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) har nu brudt igennem denne grænse ved hjælp af simple blandinger af to passende molekyler. I film dannet ved at smelte sammen molekyler, der donerer elektroner, og dem, der accepterer elektroner, emission, der varede i over en time, blev for første gang påvist fra organiske materialer uden behov for intense lyskilder eller lave temperaturer.

"Mange organiske materialer kan bruge energi absorberet fra lys til at udsende lys af en anden farve, men denne emission er generelt hurtig, fordi energien er lagret direkte på det molekyle, der producerer emissionen, " siger Ryota Kabe, hovedforfatter på papiret, der rapporterer om disse nye resultater.

"Derimod vores blandinger lagrer energien i elektriske ladninger adskilt over en længere afstand. Dette ekstra trin giver os mulighed for i høj grad at bremse frigivelsen af ​​energien som lys, derved opnås glød-i-mørke-effekten."

I blandingerne, absorption af lys af et elektron-accepterende molekyle, eller accepterer, giver molekylet ekstra energi, som det kan bruge til at fjerne en elektron fra et elektrondonerende molekyle, eller donor. Denne overførsel af en elektron er faktisk det samme som en positiv ladning, der overføres fra acceptoren til donoren.

Den ekstra elektron på acceptoren kan så hoppe til andre acceptorer og bevæge sig væk fra den positivt ladede donor, resulterer i adskillelse af anklagerne. De adskilte ladninger kommer gradvist sammen igen - nogle langsomt og nogle hurtigere - og frigiver deres energi som lys i løbet af næsten en time.

Blandingerne og processerne ligner det, der findes i organiske solceller og OLED'er. Efter at have opbygget adskilte ladninger som i en solcelle, anklagerne har ingen steder at flygte, så de til sidst vender sammen for at udsende lys som en OLED. Den vigtigste forskel i de nyudviklede blandinger er, at ladningerne kan eksistere i en adskilt tilstand i meget lange perioder.

"Med økologiske vi har en fantastisk mulighed for at reducere omkostningerne til materialer, der lyser i mørket, så det første sted, vi forventer at se en effekt, er store applikationer, glødende korridorer eller vejbaner for øget sikkerhed, " siger Chihaya Adachi, Direktør for OPERA.

"Efter det, vi kan begynde at tænke på at udnytte alsidigheden af ​​organiske materialer til at udvikle stoffer og vinduer, der lyser i mørket, eller endda biokompatible prober til medicinsk billeddannelse."

Den første udfordring at tackle på vejen til praktisk brug er processens følsomhed over for ilt og vand. Beskyttende barrierer bruges allerede i organisk elektronik og uorganiske glød-i-mørke materialer, så forskerne er sikre på, at der kan findes en løsning. Sideløbende de undersøger også nye molekylære strukturer for at øge emissionsvarigheden og effektiviteten samt for at ændre farven.

Med bestræbelser på at løse disse resterende problemer i gang, en ny bølge af glød-i-mørke materialer baseret på organiske stoffer ser klar til at puste nyt liv i området og udvide deres anvendelser.