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并苯Acene的OLED發(fā)光材料新發(fā)現(xiàn)
OLED發(fā)光材料可以通過(guò)調(diào)控進(jìn)而發(fā)射出不同顏色的光，正因?yàn)槿绱?，這一類(lèi)材料也成為了當(dāng)前有機(jī)發(fā)光二極管發(fā)光材料的候選者之一。
據(jù)了解，蒽鏈有機(jī)發(fā)光材料所發(fā)出光的顏色（或者波長(zhǎng)）由其長(zhǎng)度決定，但隨著分子鏈長(zhǎng)度的持續(xù)變長(zhǎng)，這種材料的穩(wěn)定性會(huì)變差，一直以來(lái)這一問(wèn)題都阻礙著它們?cè)诒姸喟l(fā)光用例中的廣泛應(yīng)用。
針對(duì)此問(wèn)題，麻省理工學(xué)院的化學(xué)家們現(xiàn)在提出了一種新的方法，他們通過(guò)讓這些發(fā)光分子更加穩(wěn)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更多不同長(zhǎng)度蒽鏈發(fā)光材料的合成。使用他們所提出的新方法，這些研究人員成功合成了能夠發(fā)出紅色、橙色、黃色、綠色或藍(lán)色光的蒽鏈發(fā)光分子。結(jié)果顯示，這種新的方法將能夠大大推動(dòng)蒽鏈發(fā)光材料在各種發(fā)光應(yīng)用中使用。
“這類(lèi)分子，盡管他們的潛在應(yīng)用意義很大，但一直以來(lái)，它們的在反應(yīng)性方面還存在很大的挑戰(zhàn)，”麻省理工學(xué)院諾華化學(xué)副教授、這項(xiàng)新研究的通訊作者Robert Gilliard說(shuō)：“我們?cè)谶@項(xiàng)研究中試圖解決的問(wèn)題首先是蒽鏈發(fā)光分子的穩(wěn)定性問(wèn)題，其次，我們想基于此開(kāi)發(fā)出更多發(fā)光波長(zhǎng)或者顏色可調(diào)的分子化合物。”
據(jù)了解，麻省理工學(xué)院的研究人員Deng Chun Lin是這篇論文的主要作者，該論文發(fā)表在了《自然化學(xué)》期刊上。
可以發(fā)出各種不同顏色光的有機(jī)分子
Acenes（并苯）由苯分子組成——由碳和氫組成的環(huán)——以線(xiàn)性方式連接在一起。因?yàn)檫@種分子中，兩個(gè)苯環(huán)不僅富含可共享的電子，而且可以有效地傳輸電荷，所以它們常被用作半導(dǎo)體和場(chǎng)效應(yīng)晶體管（使用電場(chǎng)控制半導(dǎo)體中電流流動(dòng)的晶體管）的制造。
最近的研究進(jìn)展表明，并苯中一些碳原子在被硼和氮元素取代或“摻雜”后形成的蒽分子材料具有更有價(jià)值的電子性質(zhì)。盡管如此，像傳統(tǒng)的蒽分子材料一樣，這些分子在暴露于空氣或光照環(huán)境中時(shí)是很不穩(wěn)定的。所以通常，蒽材料分子必須在一個(gè)稱(chēng)為手套箱的密封容器中合成，以保護(hù)它們免受空氣暴露帶來(lái)的消極影響，因?yàn)楸┞对诳諝猸h(huán)境中會(huì)導(dǎo)致它們發(fā)生分解。一般情況下，蒽分子鏈越長(zhǎng)，就越容易受到氧氣、水或光照環(huán)境引發(fā)的不必要反應(yīng)的影響。
為了讓這種蒽分子材料更穩(wěn)定，Gilliard決定使用他的實(shí)驗(yàn)室以前研究過(guò)的一種配體，即碳二卡賓。在去年發(fā)表的一項(xiàng)研究成果中，他們成功使用這種配體來(lái)穩(wěn)定硼芴離子，這也是一種有機(jī)化合物，可以根據(jù)溫度變化發(fā)出不同顏色的光。
在這項(xiàng)研究中，Gilliard和他的合作者開(kāi)發(fā)了一種新的材料合成方法，使他們能夠?qū)⑻级ㄙe添加到同樣摻雜有硼和氮的蒽材料中。隨著新配體的加入，蒽開(kāi)始帶正電，這不僅能夠極大提高它們的穩(wěn)定性，還能夠賦予它們獨(dú)特的電子性質(zhì)。
使用這種方法，研究人員合成出能發(fā)出不同顏色光的蒽分子，具體發(fā)出什么光取決于它們的長(zhǎng)度和附著在碳二卡賓上的化學(xué)基團(tuán)的類(lèi)型。到目前為止，研究人員已經(jīng)合成的大多數(shù)硼、氮摻雜的蒽只能發(fā)射藍(lán)光。
“紅色光的發(fā)射對(duì)于眾多應(yīng)用非常重要，這其中就包括生物成像等，” Gilliard說(shuō)：“許多人體組織會(huì)發(fā)出藍(lán)光，因此我們很難使用藍(lán)色熒光探針進(jìn)行成像，這也是人們尋找紅色發(fā)光材料的眾多原因之一。”
更好的穩(wěn)定性
這些并苯的另一個(gè)重要特征是它們?cè)诳諝夂退h(huán)境中都能夠保持很好的穩(wěn)定性，具有低配位數(shù)的含硼帶電分子（意味著中心硼原子幾乎沒(méi)有相鄰原子）在水中通常高度不穩(wěn)定，因此蒽材料在水中的穩(wěn)定性是非常有意義的，未來(lái)人們可以將其用于生物成像和其他醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
Gilliard說(shuō)：“我們對(duì)本文中報(bào)道的這類(lèi)化合物感到興奮的原因之一是它們可以懸浮在水中，這一點(diǎn)有助于我們開(kāi)辟更為廣泛的應(yīng)用可能性。”
據(jù)介紹，研究人員現(xiàn)在計(jì)劃嘗試摻入更多不同類(lèi)型的碳二卡賓，看看它們是否能創(chuàng)造出具有更好穩(wěn)定性和量子效率（衡量材料發(fā)出的光量）的額外蒽。
“我們認(rèn)為，未來(lái)有可能制造出更多我們目前甚至還沒(méi)有合成的不同衍生物，” Gilliard說(shuō)：“實(shí)際上，關(guān)于這些材料的光電子特性，我們還有很多需要探索，對(duì)此我們也很興奮。”
另?yè)?jù)介紹，Gilliard還計(jì)劃與麻省理工學(xué)院電氣工程教授Marc Baldo合作，嘗試將上述新的蒽發(fā)光材料集成到一種太陽(yáng)能電池中，即單裂變太陽(yáng)能電池。這種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池可以從一個(gè)光子中產(chǎn)生兩個(gè)電子，使電池的效率高得多。
Gilliard說(shuō)，這些類(lèi)型的化合物也可以通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)優(yōu)化，進(jìn)而用于電視和電腦等Oled顯示屏幕。這種有機(jī)發(fā)光二極管比傳統(tǒng)的LED更輕、更靈活，產(chǎn)生更明亮的圖像，并且消耗更少的電力。
Gilliard說(shuō)：“無(wú)論是有機(jī)半導(dǎo)體、發(fā)光器件還是單重態(tài)裂變太陽(yáng)能電池，我們目前都還處于開(kāi)發(fā)特定應(yīng)用的早期階段。不過(guò)考慮到新材料的穩(wěn)定性，這些器件的制造應(yīng)該比這類(lèi)化合物的典型制造要順利得多。”
中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所副所長(zhǎng)Tiow Gan Ong表示：“通過(guò)將反應(yīng)性零價(jià)碳和陽(yáng)離子硼結(jié)合起來(lái)，這項(xiàng)創(chuàng)造性的工作與非傳統(tǒng)的范式無(wú)疑將為開(kāi)發(fā)具有高度穩(wěn)定性發(fā)光材料以及能量收集器件鋪平了一條充滿(mǎn)希望的道路。”
