Эффективность свечения металлорганических комплексов, используемых в органических светодиодах, можно повысить с помощью фтора. Такой вывод сделали ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН и Института спектроскопии РАН по итогам экспериментов, которые показали, что соединения с тринадцатью атомами фтора в два раза эффективнее преобразуют подаваемую на них энергию в свет, чем соединения с двумя атомами фтора. Это наблюдение позволит создать экономичные и эффективные светодиоды для бытовой техники и наноизлучателей. Результаты исследования опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
Органические или OLED-светодиоды широко используются в технике. Например, дисплеи на их основе применяются в смартфонах, телевизорах и цифровых фотоаппаратах. Излучение OLED обусловлено органическими соединениями или комплексами с металлами, которые при действии электрического тока или внешнего света начинают люминесцировать, т.е. самостоятельно светиться в определенном диапазоне. Наиболее перспективными светоизлучающими материалами для OLED-светодиодов являются соединения ионов металлов с β-дикетонами — кислородсодержащими органическими молекулами. Они удобны тем, что цвет и интенсивность их свечения можно менять на этапе синтеза. Однако такие комплексы имеют довольно низкую эффективность люминесценции: лишь небольшая часть поступающей на них энергии преобразуется в излучение, тогда как большая часть – рассеивается в виде тепла.
Более ранние исследования показали, что исправить эту проблему можно за счет введение в состав молекулы атомов фтора. Основываясь на этом выводе, ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН и Института спектроскопии РАН синтезировали полифторированные комплексы β-дикетонов с ионом европия — металла из группы лантаноидов (химических элементов, которые применяются в медицине при изготовлении противовоспалительных средств). Соединения различались количеством атомов фтора: в каждой из трех органических молекул-лигандов, окружающих центральный ион европия, их было три, четыре, семь или тринадцать.
Чтобы оценить влияние атомов фтора на люминесценцию комплексов, авторы исследования освещали растворы соединений очень короткими импульсами лазерного излучения, а также измеряли эффективность излучения и в молекулах комплексов. В результате выяснилось, что увеличение числа атомов фтора в молекуле приводит к значительному росту эффективности свечения. Например, комплексы, содержащие тринадцать атомов фтора, преобразовывали падающий на них свет в собственное излучение в два раза эффективнее, чем молекулы с тремя атомами фтора. Ученым тем самым удалось повысить квантовый выход люминесценции до 56%, что сопоставимо с лучшими представителями этого класса материалов.
«Полученные соединения могут быть полезны при разработке высокоэффективных светоизлучающих устройств, значительная потребность в которых существует в современной быстро развивающейся технике. В дальнейшем мы планируем расширить область исследования фторсодержащих комплексных соединений на другие ионы лантаноидов, чтобы научиться направленно создавать эффективные люминесцентные материалы с заданными свойствами», – цитирует Российский научный фонд одного из авторов исследования, доктора химических наук Илью Тайдакова.
