Presso l'Istituto Paul Scherrer PSI, i ricercatori hanno acquisito informazioni su un materiale promettente per i diodi organici a emissione di luce (OLED). La sostanza consente un'elevata resa luminosa e sarebbe poco costosa da produrre su larga scala, il che significa che è praticamente realizzata per l'uso nell'illuminazione di ambienti di grandi dimensioni. I ricercatori sono alla ricerca di tali materiali da molto tempo. La comprensione appena generata faciliterà lo sviluppo rapido ed economico di nuovi apparecchi di illuminazione in futuro. Lo studio appare oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Il composto è un solido giallastro. Se lo dissolvi in ​​un liquido o ne metti uno strato sottile su un elettrodo e poi applichi una corrente elettrica, emana un intenso bagliore verde. Il motivo:le molecole assorbono l'energia fornita loro e gradualmente la emettono nuovamente sotto forma di luce. Questo processo è chiamato elettroluminescenza. I diodi luminosi si basano su questo principio.

Questa sostanza luminescente verde è un candidato caldo per la produzione di OLED, diodi organici emettitori di luce. Da circa tre anni ormai, Gli OLED sono stati trovati nei display degli smartphone, Per esempio. Intanto, sono arrivati ​​sul mercato anche i primi schermi televisivi flessibili con questi materiali.

Inoltre, Gli OLED rendono possibile un'illuminazione ambientale economicamente vantaggiosa con un'ampia superficie. Primo, però, occorre trovare i materiali più adatti a questa applicazione. Questo perché molte sostanze prese in considerazione per gli OLED contengono materiali costosi come iridio, e ciò impedisce la loro applicazione su larga scala e su estese superfici. Senza tali additivi, i materiali possono effettivamente emettere solo una piccola parte dell'energia fornita loro sotto forma di luce; il resto è perduto, per esempio come energia vibrazionale.

L'obiettivo della ricerca attuale è trovare materiali più efficienti per display più economici e più rispettosi dell'ambiente e per l'illuminazione di grandi aree. Qui, metalli poco costosi e facilmente disponibili come il rame promettono progressi.

Sotto esame ravvicinato

I ricercatori hanno ora effettuato un esame più preciso del composto contenente rame CuPCP. Ci sono quattro atomi di rame nel mezzo di ogni molecola, circondato da atomi di carbonio e fosforo. Il rame è un metallo relativamente poco costoso, e il composto stesso può essere facilmente prodotto in grandi quantità, precondizioni ideali per l'uso su grandi superfici estese.

"Volevamo capire come appare lo stato eccitato del composto, " dice Grigory Smolentsev, un fisico nel gruppo di ricerca di spettroscopia operando. Cioè:come cambia la sostanza quando assorbe energia? Per esempio, cambia la struttura della molecola? Come viene distribuita la carica sui singoli atomi dopo l'eccitazione? "Questo rivela quanto siano elevate le perdite di energia che non verranno rilasciate come luce, " ha aggiunto Smolentsev, "e ci mostra come possiamo ridurre al minimo queste perdite".

Utilizzando due grandi strutture di ricerca al PSI, la Swiss Light Source SLS e il laser a elettroni liberi a raggi X SwissFEL, nonché l'European Synchrotron Radiation Facility a Grenoble, Francia, Smolentsev e i suoi collaboratori hanno esaminato più da vicino gli stati eccitati di breve durata del composto di rame.

Le misurazioni hanno confermato che la sostanza è un buon candidato per gli OLED grazie alla sua struttura chimica. Le proprietà chimiche quantistiche del composto consentono di ottenere un'elevata resa luminosa. Uno dei motivi è che la molecola è relativamente rigida, e la sua struttura 3-D cambia solo leggermente quando è eccitata. Ora i ricercatori possono iniziare a ottimizzare ulteriormente questa sostanza per l'uso negli OLED.

Strumenti per il futuro

Cosa c'è di più, le misurazioni presso le tre grandi strutture di ricerca al PSI ea Grenoble sono state significative non solo per l'indagine di questo composto contenente rame. C'era di più in gioco:i dati sperimentali ottenuti in questo modo sono utili anche per migliorare i calcoli teorici riguardanti le molecole in generale. "Quindi in futuro sarà possibile prevedere meglio quali composti sono più adatti per gli OLED e quali meno, " dice Grigory Smolentsev. "I dati di misurazione aiuteranno i chimici a capire quale parte della molecola ostacola l'alta efficienza. E, naturalmente:come si può migliorare il composto per aumentare la sua resa luminosa."