Newsy

Naukowcy pracują nad innowacyjnymi substancjami organicznymi emitującymi białe światło. Mogą być o wiele tańszym źródłem światła

2018-08-28  |  06:00

Polscy fizycy opracowują materiały luminescencyjne nowej generacji, które emitują białe światło o widmie ciągłym obejmującym praktycznie cały zakres widzialny. Taką właściwość mają tzw. białe fluorofory, które mogą się okazać przełomowym rozwiązaniem w dziedzinie organicznych diod luminescencyjnych (OLED). W odróżnieniu od dotychczasowych OLED-ów, w których białe światło wytwarza się poprzez złożenie emisji dwóch lub trzech różnych substancji (np. czerwonej, zielonej i niebieskiej), białe fluorofory są substancjami, w których biała emisja występuje na poziomie pojedynczej cząsteczki. Takie materiały emisyjne pozwolą znacznie uprościć konstrukcję oraz poprawić parametry i trwałość eksploatacyjną białych OLED-ów, a w efekcie także obniżyć koszty ich produkcji. 

– Białe fluorofory organiczne to substancje organiczne, które emitują białe światło. Ich podstawowa cecha, czyli emisja białego światła, jest czymś wyjątkowym w świecie substancji organicznych, dlatego że fluorescencja związków organicznych zazwyczaj charakteryzuje się określoną barwą – mówi w rozmowie z agencją informacyjną Newseria Innowacje dr hab. Jerzy Karpiuk z Instytutu Fizyki PAN.

Współczesna technika nie dysponuje materiałami, które mogłyby emitować światło białe w sposób nietermiczny, tj. bez rozgrzewania ich do bardzo wysokiej temperatury, rzędu kilku tysięcy stopni Celsjusza. Emisja nietermiczna, czyli wzbudzana światłem lub prądem elektrycznym luminescencja znanych związków nieorganicznych lub organicznych, pozwala uzyskiwać jedynie światło o określonej barwie, ponieważ jest wynikiem przejścia elektronowego między najniższym stanem wzbudzonym, a stanem podstawowym cząsteczki. Dzięki odpowiednio dobranej strukturze, cząsteczki białych fluoroforów mogą emitować fluorescencję nie z jednego, ale z dwóch stanów wzbudzonych o najniższej energii, co pozwala uzyskiwać szerszą spektralnie i obejmującą więcej barw emisję z jednego materiału.

Białe fluorofory umożliwią opracowanie materiałów luminescencyjnych nowej generacji.

– Uzyskanie tak szeroko emitujących materiałów, w których podstawowa jednostka jest pojedynczą cząsteczką, będzie niewątpliwie stanowiło przełom w dziedzinie materiałów luminescencyjnych. Szukamy takich cząsteczek, które będą w stanie emitować zarówno światło fioletowe, jak i zielone, niebieskie i czerwone, dając w efekcie praktycznie całe pokrycie obszaru widzialnego – mówi dr hab. Jerzy Karpiuk.

Współczesne diody OLED wykorzystują do generowania różnych barw matryce składające się z zestawów trzech subpikseli – emitujących światło zielone, czerwone i niebieskie. Światło białe wytwarza się poprzez zmieszanie emisji wszystkich subpikseli, co nie jest efektywne energetycznie. Opracowanie materiałów organicznych umożliwiających bezpośrednią emisję białego światła, pozwoli stworzyć OLED-y zużywające mniej energii i zapewniające wyższy wskaźnik oddawania barw.

– Poszukiwania organicznych substancji emitujących światło białe są prowadzone w wielu laboratoriach na świecie, z efektem jak do tej pory dość skromnym, dlatego że trudno jest opracować takie cząsteczki, których fluorescencja pokrywałaby się w dużej części z widmem światła słonecznego. Znalezienie takich właśnie układów z całą pewnością może stanowić rodzaj rewolucji w dziedzinie materiałów świecących, dlatego że te materiały będą wówczas pojedynczymi jednostkami zdolnymi do emisji światła białego – przekonuje dr hab. Jerzy Karpiuk.

W ramach Programu Badań Stosowanych NCiBR, polscy naukowcy z Instytutu Fizyki PAN poszukują związków organicznych, w których zachodzą procesy prowadzące do powstawania dwóch emitujących stanów wzbudzonych, a w efekcie do szerokiej spektralnie fluorescencji. Celem badań jest poznanie zależności między strukturą wybranych, nowo zsyntezowanych grup związków organicznych a ich właściwościami luminescencyjnymi, i na tej podstawie –optymalizacja struktury białych fluoroforów z punktu widzenia wydajności ich luminescencji.

– Materiałem, w którym pierwotnie odkryliśmy ten efekt, była cząsteczka mająca zupełnie inne zastosowania, produkowana w tysiącach ton na świecie, o nazwie lakton fioletu krystalicznego. Niestety, ta emisja nie jest zbyt wydajna, dlatego zdecydowaliśmy się podjąć badania, w ramach których poszukujemy struktur powiększających tę wydajność. Poszukujemy także takich struktur, w których zachodziłyby nieco inne reakcje w stanie wzbudzonym, które prowadzą do emisji białej fluorescencji – tłumaczy ekspert.

Analitycy z firmy badawczej MarketsandMarkets oszacowali, że wartość globalnego rynku OLED w 2023 roku wzrośnie do blisko 49 mld dol. przy średniorocznym tempie wzrostu na poziomie 15,2 proc.

Czytaj także

Kalendarium

Więcej ważnych informacji

Jedynka Newserii

Handel

Piwo bezalkoholowe stanowi już 6,5 proc. sprzedaży browarów. Konsumenci świadomie ograniczają spożycie alkoholu

W 2024 roku polscy konsumenci kupowali ponad 1 mln butelek i puszek piwa 0,0% dziennie. Przez ostatnią dekadę rynek tych piw urósł pod względem wolumenu 10-krotnie. Branża inwestuje w innowacje w segmencie piw bezalkoholowych, wzmacniając nie tylko smak, ale również ich wartości odżywcze. Piwa 0,0% wpisują się w coraz popularniejszy, zwłaszcza wśród młodszego pokolenia, trend NoLo (no alcohol low alcohol), co może okazać się furtką do ograniczenia konsumpcji alkoholu.

Transport

Ataki cybernetyczne na kolej stają się coraz częstsze. Hakerzy zwykle chcą doprowadzić do paraliżu

W pierwszym kwartale tego roku hakerzy zaatakowali systemy sprzedaży biletów w polskiej i ukraińskiej kolei. Zagrożenia wiążą się jednak również z atakami na systemy zasilania i zarządzania ruchem. Wszystkie tego typu zdarzenia mają jeden cel – mniejszy lub większy paraliż transportu kolejowego, co w obecnej sytuacji geopolitycznej przekłada się na bezpieczeństwo strategiczne. W wielu przypadkach wciąż najsłabszym ogniwem jest człowiek – albo dlatego, że nienależycie chroni hasła i dostęp do urządzeń, albo dlatego, że nadane mu uprawnienia są nieadekwatnie szerokie w stosunku do realnych potrzeb.

Edukacja

Polska nauka potrzebuje różnych źródeł finansowania. Trwają rozmowy o zmianach w systemie

– Finansowanie polskiej nauki wymaga zmian, ale do tego potrzeba politycznej woli i odwagi – ocenia prof. dr hab. Grzegorz Mazurek, rektor Akademii Leona Koźmińskiego. Wśród propozycji wymienia stworzenie systemu zachęt dla biznesu do inwestowania w naukę i edukację, wyznaczenie strategicznych obszarów badań, na które będą trafiały fundusze, czy rozliczanie instytucji naukowych z wykorzystania publicznych pieniędzy. W ramach cyklu „Porozmawiajmy o polskiej nauce” MNiSW w ostatnich miesiącach prowadzi konsultacje ze środowiskiem akademickim i badawczym na temat stojących przed sektorem wyzwań i możliwych do wdrożenia rozwiązań, nie tylko dotyczących finansowania.

Szkolenia

Akademia Newserii

Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a  także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.