Šviesa šiuolaikiniuose įtaisuose, telefonų ekranuose ar pažangiuose jutikliuose, dažnai sukuriama organinių molekulių poromis, kuriose viena, vadinama donoru, perduoda elektronus, o kita – akceptorius – juos priima. Ilgą laiką manyta, kad tik tokia sąveika leidžia sklisti šviesai. Tačiau tarptautinė KTU mokslininkų komanda pirmą kartą pasaulyje užfiksavo sužadinto komplekso sudaryto iš dviejų to paties tipo – donorinių – medžiagų švytėjimą.
Šviesa šiuolaikiniuose įtaisuose, telefonų ekranuose ar pažangiuose jutikliuose, dažnai sukuriama organinių molekulių poromis, kuriose viena, vadinama donoru, perduoda elektronus, o kita – akceptorius – juos priima. Ilgą laiką manyta, kad tik tokia sąveika leidžia sklisti šviesai. Tačiau tarptautinė Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkų komanda pirmą kartą pasaulyje užfiksavo sužadinto komplekso sudaryto iš dviejų to paties tipo – donorinių – medžiagų švytėjimą. Šis atradimas atveria naujas galimybes kuriant paprastesnius, efektyvesnius ir tvaresnius optoelektronikos įtaisus.
Profesorius habil. dr. Juozas Gražulevičius
„Iki šiol tokia sąveika buvo laikoma praktiškai neįmanoma. Šis atradimas keičia tai, ką iki šiol laikėme pagrindiniu šviesą generuojančių medžiagų veikimo principu. Jis verčia iš naujo pergalvoti donorų sąveikos galimybes“, – teigia KTU Cheminės technologijos fakulteto profesorius habil. dr. Juozas Gražulevičius.
Išradimas pritaikomas sprogmenų jutikliams
Viena iš svarbiausių šio darbo taikymo sričių – organiniai šviesos diodai (OLED). Ši technologija plačiai naudojama kasdien – OLED ekranai montuojami į telefonus, televizorius, išmaniuosius laikrodžius, automobilių prietaisų skydelius. Lyginant su įprastais LED, jie pasižymi lankstumu, ryškesnėmis spalvomis, didesniu kontrastu ir energijos efektyvumu.
Tačiau OLED gamybai vis dar dažnai naudojami sudėtingi ar brangūs komponentai – pavyzdžiui, metalų, tokių kaip iridis ar platina, organiniai kompleksai. Tam, kad šie šviesos diodai būtų plačiau prieinami, mokslininkai ieško būdų juos kurti iš organinių junginių. KTU mokslininkų ir Ukrainos tyrėjų komanda ne tik sukūrė naujų junginių OLED technologijoms struktūrą, bet ir juos susintetino. Atradimas leidžia kurti supaprastintas šių technologijų architektūras, kuriose visos aktyviosios medžiagos yra organinės, o jų tarpusavio sąveika – efektyvi.
 KTU doktorantas Ehsan Ullah Rashid |
|---|
„Mūsų atradimas gali palengvinti OLED prietaisų gamybą – tai svarbu tiek technologinei pažangai, tiek tvarumui“, – pažymi išradimo bendraautorius, KTU doktorantas Ehsan Ullah Rashid.
Be techninių savybių, šis atradimas svarbus ir pramoniniu požiūriu: naudojamos medžiagos yra lengvai sintetinamos, stabilios kietoje būsenoje ir nereikalauja sudėtingų gamybos procesų. Toks lankstumas leidžia technologijas ne tik patobulinti, bet ir greičiau įdiegti į realius produktus.
KTU susintetintų medžiagų pritaikymas neapsiriboja tik ekranais ar apšvietimu. Vienas iš tirtųjų komponentų parodė didelį jautrumą nitroaromatinėms medžiagoms, tarp jų – pikro rūgščiai, kuri naudojama sprogmenų gamyboje. Netinkamai laikoma ji gali tapti labai jautri trinčiai ar karščiui, todėl kelia rimtą pavojų saugumui. Susidūrus su šia medžiaga, naujai sukurta molekulė nustoja švytėti – tai leidžia tokį jungini naudoti kaip optinį jutiklį, reaguojantį net į labai mažas pavojingų sprogstamųjų junginių koncentracijas.
 Dr. Monika Čekavičiūtė |
|---|
„Turint medžiagą, kuri vienu atveju intensyviai švyti, o kitu – greitai tas šytėjimas užgesta, galima sukurti jautrius, patikimus ir lengvai pritaikomus jutiklius. Tokie sprendimai svarbūs ne tik kariuomenei ar saugumo tarnyboms, bet ir aplinkosaugai“, – sako tyrimo bendraautorė dr. Monika Čekavičiūtė, sukūrusi naujų junginių struktūras ir juos susintetinusi.
Paneigiami nusistovėję moksliniai įsitikinimai
Dviejų donorinių medžiagų komplekso švytėjimas – naujas fenomenas mokslo pasaulyje. Pasak prof. J. Gražulevičiaus, tai vienas įdomiausių aspektų šiame išradime. „Džiugina nauji atrasti būdai, kaip molekulės gali elgtis, skleisti šviesą ne tik vienos, bet ir netikėtais būdais suderintos su kitomis panašiomis molekulėmis. Tai padeda mums kvestionuoti įprastus mokslinius teiginius“, – teigia jis.
Tyrimo metu buvo sukurta ir susintetinta naujų daugiafunkcinių organinių puslaidininkių serija, specialiai pritaikyta šiuolaikinėms organinės optoelektronikos sistemoms.
„Mūsų sukurtos medžiagos išsiskiria daugiafunkciškumu, struktūrų paprastumu ir išskirtinėmis fotofizikinėmis savybėmis, – jos geba dalyvauti dviejų tipų kompleksų formavime, o tai organiniams puslaidininkiams nebūdinga“, – papildo dr. M. Čekavičiūtė.
Pasak mokslininkės, vienu atveju, kai medžiagos sąveikauja su minėtąja pikro rūgštimi, susidaro neemisinis eksipleksas, negebantis švytėti, kitu – kai sąveikauja du donorai – susidaro emisinis sužadintas kompleksas (eksipleksas). Pastarasis KTU mokslininkų sukurtų organinių puslaidininkių ir kito elektronų donoro junginys pasižymi termiškai aktyvinama uždelstąja fluorescencija (TADF), kuri leidžia ženkliai padidinti OLED efektyvumą nenaudojant sunkiųjų metalų darinių ir leidžia efektyviau paversti elektros energiją į šviesą, todėl OLED ekranai ar apšvietimo prietaisai gali šviesti ryškiau, naudodami mažiau energijos.
„Be to, skirtingai nei daugelis organinių spinduolių, kurių švytėjimas silpnėja, kai molekulės glaudžiai išsidėsto, mūsų sukurtos molekulės elgiasi priešingai – jų švytėjimas stiprėja. Šis reiškinys, vadinamas agregacijos sustiprinama emisija“, – priduria E. U. Rashid.
KTU doktoranto teigimu, tai ne tik pagerina našumą ir sumažina energijos sąnaudas, bet ir pagerina veikimo stabilumą bei prietaiso ilgaamžiškumą. Be to, sukurtų medžiagų sluoksniai mažiau linkę kristalizuotis, todėl įtaisai ilgiau veikia neprarasdami savybių.
„Mūsų tyrime molekulių agregacija, anksčiau laikyta problema, tampa funkciniu privalumu. Iš esmės tai keičia požiūrį į organinių medžiagų taikymą optoelektronikoje“, – sako J. Gražulevičius.
Straipsnį „From Donor–Donor Exciplex-Forming Interfaces to Detection of an Explosive Compound with Phenylethenyl Derivatives Redefining OLED Efficiency and Extremely High Sensitivity to Picric Acid“ galite rasti čia.
