07.05.2020 - Paul Scherrer Institut (PSI)

Material de iluminación del futuro

La sustancia verde luminiscente es una candidata caliente para producir OLEDs

En el Instituto Paul Scherrer PSI, los investigadores han adquirido conocimientos sobre un material prometedor para los diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs). La sustancia permite un alto rendimiento lumínico y su producción a gran escala sería barata, lo que significa que está prácticamente hecha para su uso en la iluminación de grandes espacios. Los investigadores han estado buscando estos materiales durante mucho tiempo. La nueva comprensión generada facilitará el desarrollo rápido y rentable de nuevos aparatos de iluminación en el futuro.

El compuesto es un sólido amarillento. Si se disuelve en un líquido o se coloca una fina capa de él en un electrodo y luego se aplica una corriente eléctrica, emite un intenso resplandor verde. La razón: Las moléculas absorben la energía que se les suministra y gradualmente la emiten de nuevo en forma de luz. Este proceso se llama electroluminiscencia. Los diodos emisores de luz se basan en este principio.

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

Además, los OLED hacen posible una iluminación rentable de las salas con una gran superficie. Sin embargo, primero hay que encontrar los materiales más adecuados para esta aplicación. Ello se debe a que muchas de las sustancias que se están considerando para los OLED contienen materiales costosos como el iridio, lo que impide su aplicación a gran escala y en superficies extensas. Sin estos aditivos, los materiales sólo pueden emitir una pequeña parte de la energía que se les suministra en forma de luz; el resto se pierde, por ejemplo, en forma de energía vibratoria.

El objetivo de la investigación actual es encontrar materiales más eficientes para pantallas más baratas y respetuosas con el medio ambiente e iluminación de grandes áreas. Aquí, los metales baratos y fácilmente disponibles como el cobre prometen progreso.

Bajo un examen minucioso

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

"Queríamos entender cómo es el estado de excitación del compuesto", dice Grigory Smolentsev, un físico del grupo de investigación de espectroscopia operando. Es decir: ¿Cómo cambia la sustancia cuando absorbe energía? Por ejemplo, ¿cambia la estructura de la molécula? ¿Cómo se distribuye la carga en los átomos individuales después de la excitación? "Esto revela cuán altas son las pérdidas de energía que no serán liberadas como la luz," añadió Smolentsev, "y nos muestra cómo podemos posiblemente minimizar estas pérdidas."

Utilizando dos grandes instalaciones de investigación en PSI - la Fuente de Luz Suiza SLS y el láser de electrones libres de rayos X SwissFEL - así como la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón en Grenoble, Francia, Smolentsev y sus colaboradores examinaron más de cerca los estados de excitación de corta duración del compuesto de cobre.

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

Herramientas para el futuro

Además, las mediciones en las tres grandes instalaciones de investigación - en el PSI y en Grenoble - fueron significativas no sólo para la investigación de este único compuesto que contiene cobre. Había más en juego: Los datos experimentales obtenidos de esta manera también son útiles para mejorar los cálculos teóricos sobre las moléculas en general. "Así que en el futuro será posible predecir mejor qué compuestos son más adecuados para los OLEDs y cuáles menos", dice Grigory Smolentsev. "Los datos de las mediciones ayudarán a los químicos a entender 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 rendimiento lumínico."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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