Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Образование экситона и выход фотона из структуры в ОСИД
Вот так это делают флуорофоры...
...а так - фосфоры.
Классы соединений, используемых как эмиссионные слои в ОСИД.
Основы эффекта термоактивированной флуоресценции (TADF)
Первое наблюдение эффекта на комплексе олова
39% с учетом TADF!
ОСИД на материале с TADF
Мечта открывателей TADF - нулевая разница энергий.

Назад в будущее

Ключевые слова:  люминесценция, ОСИД, периодика

Автор(ы): Ch. Adachi, В. Уточникова

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

05 июля 2010

Нанометр продолжает рассказывать о перспективной области ОСИД-технологий, и сегодня уже все наверняка понимают процесс преобразования электрического тока в свет. Однако детали гораздо сложнее, и потому, прежде чем перейти к новейшим достижениям мировой ОСИД-науки, попробуем напомнить их еще раз. Итак, прежде всего, когда носителя заряда разного знака встречаются в эмиссионном слое, должно произойти образование возбужденного состояния - экситона. После этого экситон попадает на один из уровней – триплетный или синглетный – и происходит рекомбинация, которая, в зависимости от возможностей материала, может быть излучательной и безызлучательной. Важно понимать, что даже в случае образования фотона он выйдет на поверхность не наверняка, а с определенной долей вероятности, пока равной 20%: показатели преломления различных слоев на пути фотона возвращают около 80% фотонов обратно, не давая им выйти наружу (РИС. 1). Однако пока одни ученые пытаются найти замену стеклу и ITO {проводящий слой оксида индия, легированного диоксидом олова - Прим. ред.}, другие все-таки пытаются разобраться в механизме формирования экситона и люминесценции, чтобы повысить итоговую эффективность работы устройства за их счет.

Мы уже писали, что в случае, когда люминесценция может происходить только за счет синглетного уровня {уровня, при заполнении которого многоэлектронная систем находится в состоянии с "нулевой мультиплетностью" - Прим. ред.}, суммарная эффективность формирования экситона и люминесценции не превосходит 25% (РИС. 2), тогда как в случае люминесценции триплентого уровня она вполне может достигать 75% (РИС. 3). Дело в том, что по статистике на синглетный уровень попадает только 25% всего возбуждения {образное выражение - Прим. ред.}, тогда как остальные 75% достаются триплетному уровню. Кроме того, открыв возможность переноса энергии с синглета на триплет (ISC), ученые смогли бы {частица "бы" добавлена редактором} поднять эффективность люминесценции фосфоров даже до 100% {проблема в том, что при этом, очевидно, изменяется спиновое состояние, то есть "не сохраняется спин" , поэтому такой переход, вообще говоря, как таковой запрещен - Прим. ред.}! С этим и связано то, что ученые стараются работать с материалами, люминесцирующими за счет триплетного уровня (фосфОрами), а флуорофорам прочат скорую потерю позиций.

Сегодня общая картина {надо бы добавить "функционирования" или что - нибудь еще - Прим. ред.} люминофоров выглядит так, как представлено на РИС. 4. Однако видно, что кроме преимуществ - высокой эффективности люминесцении и узкой полуширины пиков люминесценции, - у фосфоров полно недостатков: высокая вероятность аннигиляции экситона и трудоемкость синтеза, что в первую очередь касается комплексов благородных металлов, которые, конечно же, еще и дороги. Так нельзя ли использовать дешевые флуорофоры, каким-то образом "обманув" физику и подняв эффективность их свечения?

И А. Эндо и Ч. Адачи нашли решение. Раз эффективность свечения фосфоров можно поднять выше 75% с помощью переноса энергии, нельзя ли организовать обратный перенос с триплета на синглет {очевидно, не непосредственно, поскольку не будет сохраняться спин - Прим. ред.} с тем, чтобы в итоге все 100% возбуждения высветилось, пусть и с синглетного уровня (РИС. 5)? Этого никто раньше не наблюдал, поскольку триплетный уровень находится ниже по энергии, и перенос энергии на него затруднен {разумеется, совсем не потому, что он находится ниже по энергии, а потому что изменяется мультиплетность системы - Прим. ред.}, но что если разница в энергиях сопоставима с kT и может быть преодолена за счет тепловой энергии? {а вот это уже понятно - это не будет "прямым" переходом с изменением мультиплетности, что очень нехорошо :-) - Прим. ред.}

Уже первые эксперименты показали наличие эффекта термически активированной флуоресценции, TADF, в комплексе олова SnF2(OEP) (РИС. 6). Отличительной особенностью эффекта является очевидное возрастание эффективности люминесценции с ростом температуры – тогда как эффективность фосфоресценции с температурой падает, а флуоресценции – постоянна или падает. Исходя из этого удается разделить различные вклады в люминесценции SnF2(OEP), и видно, что при комнатной температуре TADF дает основной вклад, а выше 400К – практически единственный.

Эффект обратного переноса энергии ученые назвали reversed inter-system crossing, или RISC, и он начинает играть роль при DE~0.4 эВ {видимо, это величина разности энергий - Прим. ред.}. Однако, чем меньше этот зазор, тем эффективнее такой перенос, и его уменьшение стало первой задачей ученых. И для ее решения была предложена система из двух органических молекул PIC-TRZ:m-CP {отличные молекулы, жаль, что вне рамок номенклатуры - Прим. ред.}. Прямой перенос энергии в этой системе составляет 90%, а обратный – 29%, итого, с учетом эффективности флуоресценции – 10% - суммарная эффективность люминесценции достигла уже 39%! Немыслимый результат для флуорофоров с пределом в 25%! {вообще немыслимый результат, если не дать в комментариях более подробных объяснений! - Прим. ред.}

При изготовлении ОСИД внутренняя эффективность упала несильно, и в результате внешняя – с учетом потерь на границах слоев – составила 6.8%, что на 30% выше теоретического предела! {видимо, на 30% от величины 6.7% - Прим. ред.}

Однако мечта ученых – материал без «запрещенной зоны» со 100% как ISC, так и RISC. Если ее удастся воплотить, дорогие иридиевые комплексы могут стать ненужными :) {стоит добавить, что мечта, видимо, так и останется лишь мечтой - Прим. ред.}

Статья основана на лекции, прочитанной проф. Ч. Адачи на летней школе по органической оптоэлектронике в г. Крутине, Польша, в 2010 году.



Средний балл: 10.0 (голосов 3)

 


Комментарии
Отличная статья - но очень эмоциональная!
Андрей, 05 июля 2010 20:48 
Мне картинки понравились - красочные и понятные
Gromolyot, 05 июля 2010 23:35 
Картинки не пронумерованы и из-за этого приходится постоянно загибать пальцы
Агапов Пётр Николаич, 06 июля 2010 01:48 
Очень интересная статья, давно таких не читал.
"обманув" физику... в чем тут и кого
обманывают? Обманывать можно только себя. А
электрон перейдет туда куда "скажут".
интересная статья, молодец!
Дорогой редактор!
Позволю себе продолжить ликбез в рамках комментариев, не изменяя текст статьи, т.к. наш с Вами диалог там получился просто прекрасен.
Итак, по порядку.
1. "Кроме того, открыв возможность переноса энергии с синглета на триплет (ISC), ученые смогли бы {частица "бы" добавлена редактором} поднять эффективность люминесценции фосфоров даже до 100%"

Конечно, все мы знаем, что 100% не бывает, однако в рамках реального эксперимента 97~100 (~ - примерно равно). Такие фосфоры с кв. выходом 97% получены, и примеры Вы можете видеть в статье про радугу. КС с выходом более 95% вообще полно.
2. "{проблема в том, что при этом, очевидно, изменяется спиновое состояние, то есть "не сохраняется спин" , поэтому такой переход, вообще говоря, как таковой запрещен - Прим. ред.}"

Да, разумеется, при этом меняется спин, и такой переход запрещен. Но все мы не хуже знаем, что теория - это только приближение к практике, и "если нельзя, но очень хочется, то можно". Поэтому Вы много где встретите слова "интенсивность перехода мала, так как он запрещен". Запрещенные переходы происходят тут и там, только ненадолго, и если бы триплет не высвечивал, мы бы его не наблюдали, но вот в чем фокус:

именно потому, что триплетный уровень люминесцирует, такие переходы еще как возможны!

Просто как только происходит очень быстрый запрещенный переход, за ним следует люминесценция, и все- обратно возврата нет. Так что никаких проблем :)
Вас, кстати, не смущает то, как светят РЗЭ? Тоже синглет-триплет-уровень РЗЭ-люминесценция. Переход синглет-триплет происходит на ура.
3. "организовать обратный перенос с триплета на синглет {очевидно, не непосредственно, поскольку не будет сохраняться спин - Прим. ред.}"

Разумеется, совершенно непосредственно.
4. "Этого никто раньше не наблюдал, поскольку триплетный уровень находится ниже по энергии, и перенос энергии на него затруднен {разумеется, совсем не потому, что он находится ниже по энергии, а потому что изменяется мультиплетность системы - Прим. ред.}"

Разумеется, именно потому, а не из-за правил запрета.
5. "PIC-TRZ:m-CP {отличные молекулы, жаль, что вне рамок номенклатуры - Прим. ред.}."

Да, комплекс олова я нашла, а эти профессор, увы, так и не расшифровал... Но надо же было как-то назвать.
6. "39%! Немыслимый результат для флуорофоров с пределом в 25%! {вообще немыслимый результат, если не дать в комментариях более подробных объяснений! - Прим. ред.}"

Не очень понимаю, каких? Почему предел 25% - было в начале. Почему тут 395 - потому что 10% своих + 29% от TADFа.
7. "6.8%, что на 30% выше теоретического предела! {видимо, на 30% от величины 6.7% - Прим. ред.}"

6.8 - это где-то 5*(100% + 30%)
8. "Однако мечта ученых – материал без «запрещенной зоны» со 100% как ISC, так и RISC. Если ее удастся воплотить, дорогие иридиевые комплексы могут стать ненужными :) {стоит добавить, что мечта, видимо, так и останется лишь мечтой - Прим. ред.}"

Ну несколько лет назад про 100% для иридия тоже никто даже не мечтал, а вот они, рядом с нами :) Так что не надо пессимизма :)

Хотя я тайком надеюсь, что они все обломаются, и РЗЭ свое отъедят
Фух, вроде все, остальные примечания разумны.
Gromolyot
Зато Вы, наверно, натренировавшись в счете во рвемя прочтения, смоги посчитать в процентах 6.8:5
Валя, спасибо за пояснения к пояснениям
пажалста
newwork, 08 июля 2010 16:32 
пойду учиться, ничего не понимаю
Gromolyot, 08 июля 2010 17:09 
Валентина Владимировна 6.8:5=136%
Чтение текстов с большим числом ненумерованых картинок даёт драйв, почти как конкур, но может отвлекать от поиска в тексте разумного, доброго и вечного.
Gromolyot
Точно, я же говорила, справитесь :)
В конкуре, кстати, препятствия нумеруются, хотя не понимаю, к чему это вы.
Великолепно!Интересно
Но не всё ясно. Много не ясно. Нам надо ещё учиться. Публикуйте побольше статей. Также желательно и на популярном уровне.
Смотришь книги этой серии, изданные ещё в СССР и дух захватывает, как написано. Всё понятно и интересно.
Помогите нам - нынешним школьникам.
Задавайте вопросы - ответим :)
Я про "моноспираль ДНК" задавала вопрос, но Вы не отвечаете.
Коваленко Артём, 17 июля 2010 12:20 
Валя, а экситон в органике и катион-радикал - это одно и то же?
Не смог найти отличий между 6-м и 7-м рисунками!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Случайность
Случайность

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.