Organische light-emitting diode (OLED)-schermen zijn nu zeer populaire functies van veel reguliere producten, waaronder smartphones en televisies. OLED's hebben het voordeel dat ze goedkoop zijn, licht, flexibel, en eenvoudig aan te passen, waardoor ze ideale weergavematerialen zijn. Echter, huidige OLED's die commercieel levensvatbare kwantumefficiëntie bereiken, bevatten zeldzame metaalatomen zoals iridium en platina die de kosten verhogen en de duurzaamheid verminderen. Nutsvoorzieningen, een internationaal team met onderzoekers van de Universiteit van Osaka heeft de best presterende OLED zonder zware atomen in zijn soort gerapporteerd.

Hoewel OLED's die geen zware atomen bevatten, zoals zeldzame metalen en halogenen, een voor de hand liggende keuze zijn om de kosten te verlagen en de levensvatbaarheid van producten op lange termijn te verbeteren, de momenteel beschikbare zware-atoomvrije emitters hebben beperkingen.

Materialen die bekend staan ​​als thermisch geactiveerde vertraagde fluorescentie (TADF) emitters zijn efficiënt; echter, ze hebben doorgaans brede emissiespectra waardoor ze meer geschikt zijn voor gebruik als lichtbronnen dan als de precieze emitters die nodig zijn voor weergavetoepassingen. Een ander type zware-atoom-vrije emitter is kamertemperatuur fosforescentie (RTP) emitters; echter, de OLED's die ze gebruiken, vertonen een zeer lage efficiëntie van <1%, vanwege het uitdoven van langlevende triplet-excitonen in het apparaat.

De onderzoekers hebben daarom de mechanismen van TADF- en RTP-fenomenen samengevoegd tot een hybride emitter die kenmerken van beide systemen combineert. Hun TADF/RTP-materiaal, SiAz genaamd, bevat alleen koolstof, waterstof, stikstof, en siliciumatomen, die gemakkelijk te verkrijgen zijn van natuurlijk overvloedige elementen, waardoor SiAz levensvatbaar is voor wijdverbreid gebruik.

"De hiaten in het energieniveau in de aangeslagen toestanden van een emitterend materiaal bepalen hoe de materialen zich kunnen gedragen bij de excitatie en de emissie die ze produceren, " studie corresponderende auteur Youhei Takeda legt uit. "Door de twee mechanismen te combineren, konden we de manier veranderen waarop een excitonisch molecuul de overgang ondergaat tussen de spin- en energetisch verschillende toestanden om de algemene kenmerken te produceren die we wilden. specifiek, door het afstemmen van energieniveaus, ons materiaal kan een thermisch upconversiesysteem gebruiken om RTP te produceren."

De onderzoekers bereikten een hoge mate van controle over de energieniveaus door zorgvuldige selectie van het gastheermateriaal waarin het emittermolecuul was geïmpregneerd - wat een thermisch geactiveerde overgang van de energetisch laagste triplet-aangeslagen toestand naar de hogere triplet-toestand van de emittermoleculen mogelijk maakte. bestraal pure RTP op een efficiënte manier. Het SiAz-materiaal werd met succes gebruikt in een apparaat dat een externe kwantumefficiëntie van 4% behaalde, wat de beste is die tot nu toe is gerapporteerd voor een OLED zonder zware atomen op basis van RTP.

"We hopen dat verdere inspanningen om de structuur-eigenschapsverhoudingen van deze hybride systemen te begrijpen ons in staat zullen stellen om in de toekomst duidelijke ontwerpprincipes te identificeren, Takeda legt uit. "Toepassing van de controle die we hebben aangetoond, zal naar verwachting leiden tot de wijdverbreide beschikbaarheid van zware atoomvrije OLED-producten en bio-imaging-middelen met hoge resolutie die duurzaam en kosteneffectief zijn."