Koordinationspolymerkrystaller viser lovende som ny generation af lyskilder til industri, medicin

Nye former for de lysemitterende materialer kaldet fosfor, med øget alsidighed i forhold til eksisterende muligheder, udvikles af forskere ved National Institute for Materials Science (NIMS) i Japan, sammen med kolleger ved Tokyo University of Science og Hokkaido University. Deres arbejde er publiceret i tidsskriftet Science and Technology of Advanced Materials .

Fosfor absorberer energien fra elektromagnetisk stråling, herunder synligt lys og røntgenstråler, og frigiver det derefter i farver, der afhænger af deres egenskaber. De bruges i mange applikationer, herunder lysemitterende dioder (LED'er), skærme, scintillatorer, der registrerer stråling såsom røntgen, og opto-elektroniske enheder.

"Vi er nødt til at finde fosfor med let tunede emissioner for at udnytte dem i et stadigt bredere anvendelsesområde," siger Takayuki Nakanishi fra NIMS-teamet. "I dette arbejde har vi udviklet en ny type polymerkrystaller med meget smalle emissionsbånd, der er egnede til at lave den næste generation af mikro-LED'er." Disse specialiserede LED'er forventes at blive brugt i mange nye industrielle applikationer.

Værket er baseret på selvlysende lanthanid-polymerkrystaller bygget af komponenter, der indeholder et centralt europium-atom (et lanthanid-element) kompleksbundet med omgivende organiske kemiske grupper. Dannelsen og aggregeringen af ​​krystallerne kan styres for at justere produktets optiske egenskaber, så de passer til den påtænkte anvendelse. Nanosfærer af polymeren viste sig at tilbyde den højeste optiske effektivitet.

"Det mest innovative aspekt af vores forskning er, at det afslører, at polymerkrystaller forbundet med det, der kaldes koordinationsbindinger, kan bruges som en bred vifte af funktionelle og varmestabile phosphorstoffer fra nanostørrelse til makrostørrelse," siger Nakanishi.

Den næste udfordring for holdet er at udvide rækkevidden af ​​bølgelængder, der kan bruges til at ophidse materialerne. De nuværende fosfor stimuleres af ultraviolet stråling. Men for at udvide deres anvendelighed til mange flere applikationer, håber teamet at flytte til andre bølgelængder, især længere og derfor energibesparende.

Ud over deres fordele med høj lysemissionseffektivitet og termisk stabilitet er de nye fosfor også meget nemme at krystallisere og er let dispergerbare i opløsningsmidler. Disse to sidstnævnte egenskaber gør dem velegnede til produktion i stor skala, der kræves for fuldt ud at realisere deres potentiale.

"Vi forventer, at polymerkugler i nanoskala, der bruger koordinationspolymerer som vores, vil blive et nyt og alsidigt fluorescerende materiale på niveau med de i øjeblikket bedre kendte kvanteprikker," slutter Nakanishi.

Flere oplysninger: Takayuki Nakanishi et al., Strukturel metamorfose og fotofysiske egenskaber af termostabil nano- og mikrokrystallinsk lanthanidpolymer med fleksible koordinationskæder, Science and Technology of Advanced Materials (2023). DOI:10.1080/14686996.2023.2183711

Leveret af National Institute for Materials Science