Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2015 08 апр

Оптимизация мягких материалов для оптоэлектроники посредством конструирования их структуры на молекулярном уровне

Молекулы, применяемые для изготовления оптоэлектронных устройств, могут «конструироваться» для того, чтобы сбалансировать необходимым образом внутренние химические взаимодействия и оптимизировать свойства молекул для конкретных областей применения — так считают авторы обзорной статьи, опубликованной в журнале Science and Technology of Advanced Materials. В статье авторы из японского Национального института материаловедения (NIMS) предлагают стратегии конструирования молекул, которые могут обеспечить прогресс в производстве ряда приборов.

Оптоэлектронные приборы преобразуют электрический ток в свет или наоборот — свет в электрический ток и интегрируются в расширяющийся ряд изделий электроники. Например, многие дисплеи телевизоров и мобильных устройств изготавливаются на основе органических светоизлучающих диодов (OLEDs). Оптоэлектронные устройства также являются основой устройств, преобразующих солнечную энергию в электричество, в оборудовании волоконно-оптической связи и в некоторых электронных чипах.

Многие материалы, которые используются для изготовления оптоэлектронных устройств, состоят из rr-сопряженных молекул (с rr-связями), то есть химические связи молекул носят комплексный характер, поскольку многие электроны являются общими для многих атомов. Подобные связи становятся причиной одновременного наличия электрических и оптических свойств у материала, что оптимально для оптоэлектроники, но при этом существуют и определенные ограничения. Так, при комнатной температуре большинство данных материалов являются твердыми, а значит, и непригодными для изготовления гибких приборов. Более того, молекулы с rr-связями трудно растворимы, и их очень сложно использовать в технологическом процессе печати.

Однако эти свойства могут быть изменены благодаря алкильным цепям для связи молекул с rr-связями (алкильные цепи имеют скелет из атомов углерода, который может иметь разную длину и различные структуры ответвлений). Ученые полностью поняли, каким образом алкильные цепи влияют на свойства молекул с rr-связями, а Фенгню Лу (Fengniu Lu) и Такаси Наканиши (Takasi Nakanishi) из NIMS проанализировали результаты ряда известных исследований для определения фундаментальных закономерностей процесса. После 2005 года д-р Наканиши изобрел способ управления самосборкой линейных алкильных цепей, таких как алкилированные фуллерены, в молекулы с rr-связями. Кроме того, недавно он разработал захватывающий воображение метод создания люминесцентных (жидких при комнатной температуре) молекул с rr-связями, свертывая rr-компоненты с несколькими разветвленными алкильными цепями.

Для того чтобы оценить последствия присоединения алкильных цепей, ученые из NIMS критически проанализировали исследования, посвященные изучению свойств молекул с rr-связями, модифицированных введением специфических алкильных цепей. В некоторых исследованиях было показано, что различные типы алкильных цепей, поляризация растворителя, температура и взаимодействия «цепочка-подложка» определяют условия сборки rr-молекул в различные двух- и трехмерные структуры. В других исследованиях было показано, что алкильные цепочки с определенными структурами дают возможность формирования жидких «термооптических» кристаллических материалов, которые обладают промежуточными свойствами между cвойствами твердых и жидких материалов, а также позволяют формировать материалы, при комнатной температуре представляющие собой изотропические жидкости, из которых возможно формирование жидких кристаллов или гелей, обладающих свойством фотопроводимости. В своей обзорной статье авторы называют эту стратегию «конструирование алкиль-rr».

В заключение авторы отмечают, что изменения свойств алкилированных rr-молекул зависят от точного баланса взаимодействий между блоками с rr-связями, а также от статических взаимодействий между алкильными цепями (известными как силы Ван-дер-Ваальса). Различные алкильные цепи влияют на равновесие этих взаимодействий, что приводит к формированию различных структур с разными свойствами. Такая точка зрения дает возможность исследователям целенаправленно создавать молекулы с rr-связями, которые будут иметь заданные свойства, что позволит сделать процесс изготовления оптоэлектронных приборов более эффективным.