Wetenschap
Nieuwe kleurrijke plastic films voor veelzijdige sensoren en elektronische displays
Innovatieve elektronica is een van de vele toepassingen van moderne kunststoffen. Sommige recente onderzoeksinspanningen hebben plastic gebruikt om het kleurrealisme van displaytechnologieën te verbeteren.
Dat blijkt uit een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka en samenwerkende partners een boraanmolecuul ontwikkeld dat ongebruikelijke lichtemissie vertoont bij binding aan fluoride. Het integreren van hun molecuul in gewoon plastic is eenvoudig, wat resulteert in veelzijdige materialen voor elektronische weergave- en chemische detectietoepassingen.
Een klasse moleculen die bekend staat als triarylboranen (TAB's) heeft fotochemische eigenschappen die nuttig zijn in de optica. Bij binding aan een anion zoals fluoride heeft verstoring van de elektronische structuur van TAB bijvoorbeeld vaak twee dingen met de lichtemissie:verkort de golflengte (blauwverschuiving) en vermindert de intensiteit (uitschakelreactie).
Het verlengen van de emissiegolflengte (roodverschuiving) is bijna ongekend omdat overeenkomstige ontwerpprincipes niet beschikbaar zijn. Het probleem dat de onderzoekers wilden aanpakken, is het ontwikkelen van een nieuwe klasse TAB die een roodverschoven detectierespons vertoont en die gemakkelijk kan worden geïntegreerd in plastic elektronica en soortgelijke technologieën.
"Onze op boraan gebaseerde sensor vertoont een roodverschoven reactie bij binding aan een anion zoals fluoride", legt Nae Aota, hoofdauteur van het onderzoek, uit. "Onze methode is gebaseerd op het verkleinen van de orbitale energiekloof van het molecuul in de grondtoestand en het verbeteren van de ladingsoverdracht in de aangeslagen toestand door de rol van TAB om te keren van elektronische acceptor naar donor."
Een hoogtepunt van het werk van de onderzoekers is de gemakkelijke integratie van een TAB-fluoride in polystyreen- en poly(methylmethacrylaat)polymeerfilms. De polymeermatrix had geen nadelige invloed op de roodverschoven lichtemissie. Eén film vertoonde zelfs warm wit licht – een zeer gewenste eigenschap die zonlicht nabootst. Bovendien was de kleur van de lichtuitstraling fijn af te stemmen door simpelweg de hoeveelheid toegevoegde fluoride aan te passen.
"We zijn enthousiast over de veelzijdigheid van onze dunne films", zegt Youhei Takeda, senior auteur. "We kunnen de bipolariteit van het fenazaboride gebruiken om plastic films te maken, variërend van blauw tot nabij-infrarood, voor displays en ultragevoelige aniondetectie."
Dit werk is een belangrijke stap voorwaarts in elektronische weergavetechnologieën. Bovendien zullen toepassingen op zeer gewilde detectietechnologieën eenvoudig zijn door de selectiviteit van de TAB af te stemmen op anionbinding (dat wil zeggen door slechts één type anion te detecteren, zelfs in de aanwezigheid van andere potentieel concurrerende anionen).