En el Instituto Paul Scherrer PSI, Los investigadores han obtenido conocimientos sobre un material prometedor para los diodos emisores de luz orgánicos (OLED). La sustancia permite altos rendimientos de luz y sería económica de producir a gran escala, lo que significa que está prácticamente fabricada para su uso en la iluminación de espacios grandes. Los investigadores han estado buscando este tipo de materiales durante mucho tiempo. El conocimiento recién generado facilitará el desarrollo rápido y rentable de nuevos aparatos de iluminación en el futuro. El estudio aparece hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

El compuesto es un sólido amarillento. Si lo disuelve en un líquido o coloca una capa delgada sobre un electrodo y luego aplica una corriente eléctrica, emite un intenso brillo verde. El motivo:las moléculas absorben la energía que se les suministra y la vuelven a emitir gradualmente en forma de luz. Este proceso se llama electroluminiscencia. Los diodos emisores de luz se basan en este principio.

Esta sustancia luminiscente verde es un buen candidato para producir OLED, diodos emisores de luz orgánicos. Desde hace unos tres años, Se han encontrado OLED en las pantallas de los teléfonos inteligentes, por ejemplo. Mientras tanto, También han salido al mercado las primeras pantallas de televisión flexibles con estos materiales.

Además, Los OLED hacen posible una iluminación de habitaciones rentable con una gran superficie. Primero, sin embargo, es necesario encontrar los materiales que mejor se adapten a esta aplicación. Esto se debe a que muchas sustancias que se están considerando para los OLED contienen materiales costosos como el iridio, y esto impide su aplicación a gran escala y en superficies extensas. Sin tales aditivos, los materiales pueden emitir realmente solo una pequeña parte de la energía que se les suministra en forma de luz; el resto esta perdido, por ejemplo como energía vibratoria.

El objetivo de la investigación actual es encontrar materiales más eficientes para pantallas e iluminación de gran superficie más económicas y respetuosas con el medio ambiente. Aquí, Los metales baratos y fácilmente disponibles, como el cobre, prometen un progreso.

Bajo un examen detenido

Los investigadores ahora han hecho un examen más preciso del compuesto CuPCP que contiene cobre. Hay cuatro átomos de cobre en el medio de cada molécula, rodeado de átomos de carbono y fósforo. El cobre es un metal relativamente económico, y el compuesto en sí se puede producir fácilmente en grandes cantidades, condiciones previas ideales para su uso en grandes superficies extensas.

"Queríamos entender cómo se ve el estado de excitación del compuesto, "dice Grigory Smolentsev, físico del grupo de investigación operando espectroscopia. Es decir:¿Cómo cambia la sustancia cuando absorbe energía? Por ejemplo, ¿Cambia la estructura de la molécula? ¿Cómo se distribuye la carga entre los átomos individuales después de la excitación? "Esto revela cuán elevadas pueden ser las pérdidas de energía que no se liberarán como luz, "añadió Smolentsev, "y nos muestra cómo podemos minimizar estas pérdidas".

Utilizando dos grandes instalaciones de investigación en PSI, el Swiss Light Source SLS y el láser de rayos X de electrones libres SwissFEL, así como el European Synchrotron Radiation Facility en Grenoble, Francia, Smolentsev y sus colaboradores observaron más de cerca los estados excitados de corta duración del compuesto de cobre.

Las mediciones confirmaron que la sustancia es un buen candidato para OLED debido a su estructura química. Las propiedades químicas cuánticas del compuesto permiten lograr un alto rendimiento lumínico. Una razón de esto es que la molécula es relativamente rígida, y su estructura tridimensional cambia solo levemente cuando se excita. Ahora los investigadores pueden comenzar a optimizar aún más esta sustancia para su uso en OLED.

Herramientas para el futuro

Y lo que es más, las mediciones en las tres grandes instalaciones de investigación en PSI y en Grenoble fueron significativas no solo para la investigación de este compuesto que contiene cobre. Había más en juego:los datos experimentales obtenidos de esta manera también son útiles para mejorar los cálculos teóricos con respecto a las moléculas en general. "Así que en el futuro será posible predecir mejor qué compuestos son más adecuados para los OLED y cuáles menos," ", dice Grigory Smolentsev." Los datos de medición ayudarán a los químicos a comprender qué parte de la molécula se interpone en el camino de la alta eficiencia. Y, por supuesto:cómo se puede mejorar el compuesto para aumentar su salida de luz ".