Nieuwe vormen van de lichtgevende materialen, fosforen genaamd, met verbeterde veelzijdigheid ten opzichte van bestaande opties, worden ontwikkeld door onderzoekers van het National Institute for Materials Science (NIMS) in Japan, met collega's van de Tokyo University of Science en de Hokkaido University. Hun werk is gepubliceerd in het tijdschrift Science and Technology of Advanced Materials .

Fosforen absorberen de energie van elektromagnetische straling, inclusief zichtbaar licht en röntgenstraling, en geven deze vervolgens vrij in kleuren die afhankelijk zijn van hun eigenschappen. Ze worden in veel toepassingen gebruikt, waaronder light-emitting diodes (LED's), beeldschermen, scintillatoren die straling zoals röntgenstraling detecteren, en opto-elektronische apparaten.

"We moeten fosforen vinden met gemakkelijk af te stemmen emissies om ze te kunnen exploiteren in een steeds groter wordend toepassingsgebied", zegt Takayuki Nakanishi van het NIMS-team. "In dit werk hebben we een nieuw type polymeerkristallen ontwikkeld met zeer smalle lijnbreedte-emissiebanden die geschikt zijn voor het maken van de volgende generatie micro-LED's." Deze gespecialiseerde LED's zullen naar verwachting in veel opkomende industriële toepassingen worden gebruikt.

Het werk is gebaseerd op luminescerende lanthanidepolymeerkristallen die zijn opgebouwd uit componenten die een centraal europiumatoom (een lanthanide-element) bevatten, gecomplexeerd met omringende organische chemische groepen. De vorming en aggregatie van de kristallen kan worden gecontroleerd om de optische eigenschappen van het product aan te passen aan het beoogde gebruik. Nanobolletjes van het polymeer bleken de hoogste optische efficiëntie te bieden.

"Het meest innovatieve aspect van ons onderzoek is dat het onthult dat polymeerkristallen die verbonden zijn door zogenaamde coördinatiebindingen kunnen worden gebruikt als een breed scala aan functionele en hittestabiele fosforen, van nanogrootte tot macrogrootte", zegt Nakanishi. /P>

De volgende uitdaging voor het team is het uitbreiden van het golflengtebereik dat kan worden gebruikt om de materialen te exciteren. De huidige fosforen worden gestimuleerd door ultraviolette straling. Maar om de bruikbaarheid ervan uit te breiden naar nog veel meer toepassingen hoopt het team naar andere golflengten te gaan, vooral de langere en dus energiezuinigere golflengten.

Naast hun voordelen van hoge lichtemissie-efficiëntie en thermische stabiliteit, zijn de nieuwe fosforen ook zeer gemakkelijk te kristalliseren en gemakkelijk dispergeerbaar in oplosmiddelen. Deze laatste twee eigenschappen maken ze zeer geschikt voor de grootschalige productie die nodig zal zijn om hun potentieel volledig te realiseren.

"We verwachten dat polymeerbollen op nanoschaal die coördinatiepolymeren zoals de onze gebruiken, een nieuw en veelzijdig fluorescerend materiaal zullen worden dat vergelijkbaar is met de momenteel beter bekende kwantumdots", besluit Nakanishi.

Meer informatie: Takayuki Nakanishi et al, Structurele metamorfose en fotofysische eigenschappen van thermostabiel nano- en microkristallijn lanthanidepolymeer met flexibele coördinatieketens, Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen (2023). DOI:10.1080/14686996.2023.2183711

Aangeboden door het Nationaal Instituut voor Materiaalwetenschappen