Химики создали альтернативу дорогим материалам для OLED-дисплеев

Нижегородские ученые с коллегами из Китая синтезировали новые соединения на основе олова. Они показали рекордный для этого элемента квантовый выход (эффективность) фосфоресценции — вида свечения, при котором материал продолжает излучать в течение микросекунд после воздействия светом определенных длин волн.

Когда комплекс олова находится в кристаллическом состоянии, квантовый выход фосфоресценции достигает 82%, а время жизни возбужденного состояния — скорость затухания свечения — 7,6 микросекунд, что сопоставимо с характеристиками дорогостоящих иридиевых комплексов, которые применяют в современных OLED-дисплеях.

Фосфоресценция — способность материала испускать свечение под действием излучения определенных длин волн — лежит в основе ярких и энергоэффективных экранов смартфонов и телевизоров, световых панелей и других устройств. До сих пор лучшими фосфоресцирующими материалами считались комплексы иридия, платины и других редких переходных металлов. Их дефицит и высокая стоимость подталкивают к поиску альтернатив. Ими могут стать олово, висмут и сурьма. 

Олово особенно интересно из-за склонности к красно-оранжевому свечению. Однако стабильные при комнатной температуре и одновременно интенсивно излучающие молекулярные соединения олова встречались крайне редко: они склонны агрегировать (слипаться) в неизлучающие кластеры и чувствительны к влаге и кислороду.

Исследователи из Института металлоорганической химии имени Г. А. Разуваева РАН (Нижний Новгород), Нижегородского государственно университета имени Н. И. Лобачевского (Нижний Новгород) и Северо-Западного университета (Китай) синтезировали серию из восьми новых оловоорганических комплексов с ярким оранжевым свечением. В четырех из них центральным атомом служит олово, а «защитный каркас» из атомов азота и углерода различается; оставшиеся образцы представляют собой продукты окисления исходных комплексов, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

Квантовый выход фосфоресценции лучших четырех соединений составил 82%, при этом для большинства известных молекулярных комплексов олова этот показатель ранее не превышал 6,8%. Такая высокая «производительность» ставит новые молекулы на один уровень с коммерческими фосфоресцентными материалами на основе иридия, уже используемыми в дисплеях.

Прикладной потенциал новых комплексов олова также доказывает длительное послесвечение (время жизни) — 7,6 микросекунд, — близкое к длительности фосфоресценции комплексов иридия (1–10 микросекунд). Кроме того, ученые установили, что полученные соединения стабильны в широком температурном диапазоне. Люминесценция сохраняется при температурах от -196°C до 127°C, что важно для использования материалов в устройствах, которые могут нагреваться в процессе работы. Так, температура поверхности процессоров и чипов может достигать 100°C.

«Мы показали, что соединения на основе низковалентного олова могут быть не только химически активными, но и выдающимися люминесцентными материалами. Это открывает путь к созданию энергоэффективных светодиодов и сенсоров нового поколения без использования редкоземельных или дорогих переходных металлов. В дальнейшем мы планируем создать прототип OLED-пикселя на основе полученных комплексов», — рассказал руководитель проекта Владимир Додонов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией функциональных металл-органических соединений Института металлоорганической химии имени Г. А. Разуваева РАН.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Frontiers.