Российские ученые получили новые органические материалы, которые могут одновременно излучать свет и проводить заряды. Это необычное свойство позволит в перспективе использовать их для создания более совершенных и дешевых дисплеев. Все это благодаря наличию атомов фтора в определенных частях молекулы. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда.

В современной технике широко распространены OLED-дисплеи: их устанавливают в телевизорах, компьютерах, ноутбуках, в концертных и спортивных залах. Такие экраны обеспечивают высокую яркость и контрастность, но имеют один существенный недостаток: матрица, создающая изображение, состоит из множества светодиодов, включением и выключением каждого из которых управляет отдельный транзистор, передавая в излучатели электрический ток. Сотни и тысячи таких цепочек сильно усложняют технологию производства матриц, поэтому ученые разрабатывают специальные устройства — светотранзисторы,— которые совмещают в себе способность излучать свет и переключать ток.

Изготовить материалы, сочетающие оба необходимых свойства, проблематично, поскольку они отчасти взаимоисключающие: чтобы вещество хорошо проводило заряды, молекулы в нем должны располагаться очень близко друг к другу. При этом плотная «упаковка» зачастую препятствует люминесценции: соседние молекулы «тушат» друг друга. Поэтому исследователи из Новосибирского института органической химии им. Н. Н. Ворожцова (Новосибирск), Института синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (Москва) занялись поиском оптимального материала.В качестве основы для новой молекулы ученые взяли фуран-фениленовые соолигомеры — органические соединения, содержащие цепочки ароматических колец из атомов углерода, кислорода и водорода. Три кольца в этих молекулах — шестичленные, как соты, а два — пятичленные. Более ранние исследования показали, что фуран-фенилены излучают яркий свет, поэтому могут использоваться в оптоэлектронике, также они имеют хорошую растворимость и молекулярную жесткость. Кроме того, некоторые «строительные блоки» для их синтеза потенциально можно получать из природного сырья. Однако эти соединения не способны проводить отрицательные заряды (электроны), поэтому их нельзя использовать в светотранзисторах. Чтобы решить эту проблему, химики синтезировали серию производных фуран-фениленов, выборочно заменив атомы водорода на атомы фтора. Он был выбран в качестве заместителя потому, что сильнее других химических элементов «оттягивает» электроны у соседних атомов, тем самым создавая лучшие условия для перераспределения зарядов в молекуле.​

Синтезированные соединения отличались количеством атомов фтора (от четырех до четырнадцати) и их положением (заместители располагались на разных фениленовых кольцах). Оказалось, что фторсодержащие молекулы были значительно стабильнее к окислению, чем обычные фуран-фенилены, поскольку имели более энергетически выгодную электронную структуру. Среди остальных преимуществ фуран-фениленовых соолигомеров то, что яркая люминесценция, молекулярная жесткость и растворимость сохраняются при правильном расположении заместителей.

Ученые получили кристаллы и тонкие пленки из синтезированных молекул и исследовали их свойства. Некоторые образцы, где расположение атомов фтора и кристаллическая структура были наиболее благоприятные, хорошо проводили как положительные, так и отрицательные заряды благодаря тому, что молекулы создавали своего рода «туннели» для их движения. Такой транспорт зарядов обоих знаков позволил исследователям изготовить уникальные образцы светотранзисторов на основе тонких пленок: эффективность генерации света достигала 0,6%, что соответствует уровню лучших мировых разработок.

«Наше исследование позволило получить уникальные молекулы, сочетающие способности к эффективной фото- и электролюминесценции и транспорту заряда. Материалы на их основе позволят создать светотранзисторы для современных дисплеев и других светоизлучающих устройств, что удешевит их производство, повысит надежность и, возможно, позволит найти новые применения для устройств органической электроники»,— рассказывает Максим Казанцев, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат химических наук, заведующий лабораторией органической электроники НИОХ СО РАН.

Использованы материалы статьи Selectively Fluorinated Furan-Phenylene Co-Oligomers Pave the Way to Bright Ambipolar Light-Emitting Electronic Devices; Igor P. Koskin, Christina S. Becker, Alina A. Sonina, Vasiliy A. Trukhanov, Nikita A. Shumilov, Anatoly D. Kuimov, Yuliya S. Zhuravleva, Yuliya O. Kiseleva, Inna K. Shundrina, Peter S. Sherin, Dmitry Yu. Paraschuk, Maxim S. Kazantsev; журнал Advanced Functional Materials, август 2021 г.

Изображение: структура полученных фторсодержащих фуран-фениленов и светотранзистор на основе молекулы частично фторированного производного

Коммерсантъ



Источники

Фтор для дисплеев
Коммерсантъ (kommersant.ru/nauka), 13/09/2021
Новые органические молекулы научили излучать свет и переключать ток
Newsfactory.su, 14/09/2021
Новые органические молекулы научили излучать свет и переключать ток
Hi-Tech Mail.ru, 14/09/2021
Новые органические молекулы научили излучать свет и проводить заряды с помощью фтора
Поиск (poisknews.ru), 14/09/2021
Новое органическое вещество может одновременно проводить заряды и излучать свет
InScience (inscience.news), 14/09/2021
Новые органические молекулы научили излучать свет и проводить заряды с помощью фтора
О химии и химиках (mendeleev.info), 14/09/2021
Ученые научили новые органические молекулы излучать свет и проводить заряды с помощью фтора
Научная Россия (scientificrussia.ru), 14/09/2021
Новые органические молекулы научили излучать свет и проводить заряды с помощью фтора
Индикатор (indicator.ru), 14/09/2021
Новые органические молекулы научили излучать свет и проводить заряды с помощью фтора
Российская национальная нанотехническая сеть (rusnanonet.ru), 14/09/2021
Новые материалы для дисплееа одновременно излучают свет и проводят ток
Machines and Mechanisms (21mm.ru), 15/09/2021
Новые материалы для дисплееа одновременно излучают свет и проводят ток
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 15/09/2021
Новые органические молекулы научили излучать свет и проводить заряды с помощью фтора
Technovery.com, 15/09/2021
Новые органические молекулы научили излучать свет и проводить заряды с помощью фтора
Российский научный фонд (рнф.рф), 15/09/2021
Новое органическое соединение может излучать свет и проводить заряды с помощью фтора
Planet-today.ru, 15/09/2021
Новые материалы для дисплея одновременно излучают свет и проводят ток
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 15/09/2021

Похожие новости

  • 10/03/2020

    Фтор в органических полупроводниках поможет создать ультратонкие и гибкие экраны

    Российские ученые впервые выяснили, что, если добавить фтор в органические материалы, они лучше проводят вещества и ярче светят. Полученные результаты можно использовать для дизайна новых органических полупроводников и производства лазеров и более ярких гибких экранов.
    1028
  • 30/04/2020

    Препарат на основе белка плазмы крови сделал МРТ безопаснее и точнее

    ​Российские химики разработали органический препарат, применяемый врачами перед сеансом магнитно-резонансной томографии с использованием контрастных веществ. Ученые модифицировали белок плазмы крови альбумин, внедрив в него молекулы нитроксильных радикалов.
    2591
  • 13/05/2020

    Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в 4 раза

    ​​Вместе эти две добавки увеличивают чувствительность детектора к бензолу и этанолу более чем в четыре раза даже в условиях влажного воздуха. Такие сенсоры могут позволить обезопасить работников промышленных предприятий.
    1074
  • 21/10/2020

    ИК СО РАН и МИСиС создали совместную лабораторию

    ​В НИТУ «МИСиС» создана научно-исследовательская лаборатория MISIS Catalysis Lab, созданная совместно с Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (г. Новосибирск). Основное направление деятельности — решение практических задач в области химического синтеза, промышленного катализа и аддитивных технологий.
    825
  • 10/06/2021

    Диметилсульфоксид помешает кристаллам создавать пробки в нефтепроводах

    Российские ученые установили, что диметилсульфоксид — соединение с высокой растворяющей способностью — препятствует образованию кристаллов на основе природного газа и воды, которые появляются в нефте- и газопроводах при снижении температуры или повышении давления.
    1038
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    2416
  • 05/10/2016

    Новосибирские учёные «вырастили» органические светоизлучающие полупроводники

    ​Группа учёных из Новосибирского государственного университета, Новосибирского института органической химии (НИОХ), МГУ и Университета Гронингена (Нидерланды) опубликовала результаты мультидисциплинарного исследования в сфере органической электроники.
    3443
  • 23/07/2020

    Учёные создали основу для быстрой оптической памяти

    Российские химики получили новый фотохромный — способный менять цвет при освещении — комплекс висмута (III) с так называемыми виологеновыми катионами. На основе этого соединения были созданы элементы оптической памяти и показаны их высокая эффективность и стабильность.
    927
  • 31/08/2017

    Российские ученые создали гибкие светящиеся кристаллы

    ​Ученые МГУ имени М.В. Ломоносова вырастили упругие монокристаллы, светоизлучающие свойства которых сохраняются даже при многократном сгибании. Механическая гибкость является одним из ключевых преимуществ органической электроники и оптоэлектроники, то есть электроники, основанной на органических полупроводниках.
    1619
  • 09/06/2018

    НИОХ СО РАН и химический факультет МГУ заключили Договор о стратегическом сотрудничестве и взаимодействии

    8 июня 2018 года подписан договор о сотрудничестве между Новосибирским институтом органической химии имени Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук и химическим факультетом Московского государственного университета имени М.
    2474