Modulerende foto- og elektroluminescens i et stimuli-responsivt molekylært farvestof

Kontrol af de exciterede elektroniske tilstande i selvlysende systemer er fortsat en udfordring i udviklingen af ​​fluorescerende og phosphorescerende farvestoffer. Nu, videnskabsmænd i Japan har udviklet en unik organisk fluorofor, der ændrer sin emissionsfarve uden tab af effektivitet, når den stimuleres eksternt. Studiet offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie forklarer denne adfærd ved en simpel fasetransformation af det faste stof, som kunne være relevante for optoelektroniske applikationer såsom i smarte OLED'er.

Selvom luminescens er et meget undersøgt fænomen, og dets teoretiske grundlag er godt forstået, udviklingen af ​​nye pigmenter og farvestoffer med enestående funktionalitet er ikke ligetil. Faseovergange af et fast materiale kan standse fluorescensen, og pigmenter i OLED-applikationer er tilbøjelige til at ældes. Nu, forskergruppen af ​​Takuma Yasuda ved Kyushu University, Fukuoka, Japan, har syntetiseret et grønt emitterende pigment, der reagerer på eksterne stimuli ved en bemærkelsesværdig farveændring til orange emission, og det uden noget observeret tab i luminescenseffektivitet. Denne tofarvede adfærd af et pigment kan være yderst nyttig til udvikling af smarte optoelektroniske og sensorsystemer.

For at opnå effektive selvlysende systemer, forskere fokuserer i stigende grad på de exciterede tilstande og de elektroniske overgange:Jo mere distinkte og definerede de elektroniske overgange er, jo mere effektiv er lysemissionen, når stoffet exciteres af lys med andre bølgelængder eller elektrisk energi. På den anden side, forstyrrelser i den molekylære struktur kan udløse ikke-strålende afslapning, og så, mest fluorescens går tabt. Her, Yasuda og hans gruppe fandt ud af, at deres syntetiserede fluorofor, som har en aflang og relativt enkel symmetrisk struktur, der inkorporerer velkendte kromoforer, kan skifte sine emissionsfarver mellem orange og grøn ved ændring af faststof-morfologier.

Forfatterne underbyggede deres resultater med røntgenkrystallografiske analyser og teoretiske beregninger. De fandt ud af, at den amorfe fase holder en let afslappet exciteret tilstand sammenlignet med den krystallinske. Dette blev forklaret med en drejning i molekylet, som opstod i en anden vinkel, da krystalstrukturen blev brudt. Derfor, lyset udsendt fra den amorfe fase exciterede tilstand havde en længere bølgelængde end den der blev udsendt fra den exciterede krystallinske tilstand.

En sådan tofarvet emission fra forskellige faste faser kunne være nyttig til sofistikerede optoelektroniske og sensorapplikationer. De japanske forfattere fandt ud af, at stoffet udsendte orange fluorescens, når det blev aflejret som en tynd film, men denne farve blev grøn, da filmen blev udglødet, det er, holdes ved høj temperatur og køles ned igen. Så ridsede de den udglødede film og fandt orange fluorescens nøjagtigt på de steder, hvor de blev ridset; selv at skrive ord i orange fluorescens var muligt.

En mere krævende anvendelse er, at i organiske lysemitterende enheder, OLED'erne. Sandwich i en OLED-opsætning, forbindelsen udviste lys elektroluminescens, enten i grøn, når den er i den krystallinske fase eller i orange farve, når den er i den amorfe fase. Denne tofarvede elektroluminescens fra ét pigment kan være yderst interessant for den igangværende forskning i stimuli-responsive smarte materialer.