Ekip, OLED ekranlar için verimli bir şekilde turuncudan kırmızıya ışık üreten moleküller tasarlıyor

Çoğumuz günümüzün çoğunu, elektriği ışığa dönüştürerek akıllı telefonlarda, bilgisayar monitörlerinde ve televizyonlarda renkli görüntüler üreten organik ışık yayan diyotlara veya OLED’lere bakarak geçiriyoruz. Her ne kadar tüm renkleri üreten metal içermeyen ışık yayan malzemeler talep görse de, turuncudan kırmızıya ışığı verimli bir şekilde yayan malzemeleri yapmak zor olmuştur. Artık Osaka Üniversitesi liderliğindeki araştırmacılar, bu tür malzemelerin iyi çalışması için katı bir şekilde tutulması gerekmediğini gösterdi: Şekil değiştirebilen esnek moleküller aynı zamanda turuncudan kırmızıya ışık da yayabilir.

Birçok yüksek performanslı OLED, iridyum veya platin gibi pahalı metaller içeren ışık yayan moleküllere dayanır. Bu, termal olarak etkinleştirilen gecikmeli floresans (TADF) adı verilen bir prensiple çalışan metal içermeyen malzemelere olan ilgiyi artırdı. Gelecek vaat eden bir TADF molekülü türü, yükün, yüz yüze tutulan elektron veren ve elektron kabul eden parçalar arasında uzayda hareket ettiği, uzay boyunca yük transferi yoluyla çalışır. Bu moleküller genellikle bu iki parçayı birbirine yakın tutacak şekilde sert olacak şekilde tasarlanmıştır. Ancak yeniden düzenlenebilen esnek moleküllerin bu rolde nasıl davranacağı belirsizliğini koruyor.

Yayınlanan bir çalışma belgesinde ChemRxiv Avrupa’dan işbirlikçilerinin de yer aldığı ekip, ön baskı sunucusunda, hareketli parçalara sahip büyük, karmaşık moleküller tasarladı ve bu mekanizma aracılığıyla verimli bir şekilde turuncudan kırmızıya ışık yaydıklarını buldu.

Baş yazar Nae Aota, “Bu malzemelerin nasıl ışık yaydığını anlamak için zaman çözümlü spektroskopik teknikleri kuantum kimyasal hesaplamalarla birlikte kullandık” diyor. “Işık emisyonlarının, hem moleküllerin ışığı absorbe etmeden önce benimsediği çeşitli şekiller hem de heyecanlandıktan sonra meydana gelen şekil değişiklikleri tarafından yönetildiğini keşfettik. Uluslararası işbirlikçilerle çalışmak bana araştırmaya yönelik farklı yaklaşımları öğrenmek ve ilgili karmaşık fotofiziksel süreçlere ilişkin anlayışımı derinleştirmek için değerli bir fırsat verdi.”

Yeni moleküller, dönebilen bağlantılarla birleştirilen iki donör birimi ve bir merkezi alıcı biriminden oluşan “S” şekline sahip. Daha önce rapor edilen katı mimarilerden farklı olarak dönebilen bağlantılar, bu moleküllerin, uzayda yük aktarımı için uygun, yakın istiflenmiş donör ve alıcı ünitelere sahip olanlar da dahil olmak üzere çeşitli konformasyonları benimsemelerine olanak tanır. Teorik hesaplamalar, moleküllerin kalıcı konformasyonel kilitleme olmasa bile TSCT için gereken elektronik özellikleri koruyabildiğini ortaya çıkardı.

Kıdemli yazar Youhei Takeda, “Bu moleküllerle yapılan OLED’ler, %15’e varan harici kuantum verimliliğiyle turuncudan kırmızıya ışık üretti ve en iyi cihaz, yüksek parlaklıkta bile verimli kalarak bu tür malzemeler için nispeten yüksek bir performans düzeyini temsil etti” diye açıklıyor.

“Bu başarı, Horizon Avrupa programı kapsamında profesör Przemyslaw Data ile ve JST’nin ASPIRE programı aracılığıyla profesörler Marc Etherington ve Piotr de Silva ile yapılan uluslararası işbirlikleri sayesinde mümkün oldu. Tamamlayıcı uzmanlığımızı birleştirerek, moleküler esneklik ile ışık emisyonu arasındaki ilişkiye dair daha derin içgörüler elde edebildik.”

Molekülleri ışık yayan bir biçimde tutmak için katılaştırmak yerine esneklikten yararlanan bu yeni moleküler tasarım konsepti, moleküler yapı, moleküler yeniden düzenlemeler ve ışık emisyonu arasındaki bağlantıya yeni bir bakış açısı kazandırdı. Ekip, daha fazla geliştirmenin, yalnızca OLED ekranlarda değil aynı zamanda biyolojik görüntülemede de uygulamalarla daha uzun dalga boylarında ışık yayan yüksek verimli TADF malzemelerine yol açacağını umuyor.