Российские ученые разработали революционные соединения на базе олова, которые демонстрируют выдающийся квантовый выход фосфоресценции — процесса свечения, при котором вещество продолжает излучать свет в течение микросекунд после облучения волнами определенной длины. В кристаллической форме оловянные комплексы показывают квантовую эффективность 82%, а продолжительность возбужденного состояния составляет 7,6 микросекунд. Эти характеристики сравнимы с параметрами дорогостоящих иридиевых материалов, используемых в передовых OLED-дисплеях. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда (РНФ).
Фосфоресценция как основа современных дисплеев
Фосфоресценция представляет собой уникальное свойство материалов излучать свет при воздействии определенных световых волн. Это явление составляет основу функционирования ярких и экономичных дисплеев мобильных устройств, телевизионных панелей, осветительных систем и прочих электронных приборов. Традиционно наилучшими фосфоресцирующими веществами считались соединения иридия, платины и других редких металлов переходной группы. Ограниченность запасов и высокая цена этих элементов стимулирует научный поиск доступных заменителей.
Олово как перспективный материал будущего
Альтернативными вариантами могут выступить олово, висмут и сурьма. Олово привлекает особое внимание благодаря способности генерировать красно-оранжевое излучение. Тем не менее, создание стабильных при обычных температурах и одновременно ярко светящихся молекулярных структур олова представляло серьезную научную задачу: такие соединения имеют тенденцию к образованию неактивных агломератов и проявляют чувствительность к воздействию влаги и кислорода.
Научный прорыв российских исследователей
Команда специалистов из Института металлоорганической химии имени Г.А. Разуваева РАН (Нижний Новгород), Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского и Северо-Западного университета (Китай) успешно создала восемь инновационных оловоорганических соединений с интенсивным оранжевым излучением. Четыре из них имеют олово в качестве центрального элемента с различающимися защитными структурами из атомов азота и углерода, остальные образцы являются окисленными формами базовых комплексов.
Выдающиеся характеристики новых материалов
Квантовая эффективность фосфоресценции наиболее успешных четырех соединений достигла 82%, тогда как для большинства ранее известных молекулярных структур олова этот параметр не превышал 6,8%. Столь высокая результативность позволяет новым веществам конкурировать с коммерческими фосфоресцентными материалами на иридиевой основе, уже применяемыми в дисплейных технологиях.
Превосходная стабильность и долговечность
Практический потенциал разработанных оловянных комплексов подтверждается продолжительным послесвечением длительностью 7,6 микросекунд, что приближается к показателям иридиевых аналогов (1–10 микросекунд). Более того, исследователи обнаружили, что созданные вещества демонстрируют стабильность в обширном температурном интервале. Люминесцентные свойства сохраняются при температурах от -196°C до 127°C, что критически важно для применения в устройствах, подверженных нагреву во время эксплуатации, включая процессоры и чипы с рабочими температурами до 100°C.
«Наши результаты демонстрируют, что соединения низковалентного олова способны сочетать химическую активность с исключительными люминесцентными характеристиками. Это прокладывает дорогу к разработке энергоэффективных светодиодных элементов и датчиков следующего поколения без применения редкоземельных или дорогостоящих переходных металлов. Наши планы включают создание экспериментального OLED-пикселя на основе полученных соединений», — отмечает Владимир Додонов, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидат химических наук, старший научный сотрудник и заведующий лабораторией функциональных металл-органических соединений Института металлоорганической химии имени Г.А. Разуваева РАН.
