Forschung & Entwicklung

Farbstoff mit modulierbarer Foto- und Elektrolumineszenz

Die größte Schwierigkeit bei der Entwicklung von Fluoreszenz- und Phosphoreszenzfarbstoffen liegt in der exakten Einstellung der angeregten Elektronenzustände. Nun wurde ein organisches Zweifarb-Lumineszenzsystem entwickelt, dessen zweite Farbe unter Anregung genauso intensiv leuchtet wie die Ursprungsfarbe.

Eine Hürde in der Entwicklung der Farbstoffe bleibt der mögliche Verlust an Wirkungsgrad, etwa durch Phasenänderungen im Festkörper. Pigmente können altern und machen somit moderne Technologien wie organische Leuchtdioden (OLEDs) anfällig. Wissenschaftler um Takuma Yasuda an der Kyushu University in Fukuoka (Japan) haben nun ein grün fluoreszierendes Pigment hergestellt, dessen Fluoreszenzfarbe ohne größeren Verlust des Wirkungsgrads nach orange umschlägt, wenn ein äußerer Reiz ausgeübt wird. Es könnte sich für optoelektronische Systeme und Sensoren eignen.

Lumineszierende molekulare Systeme benötigen genau definierte angeregte Zustände ihres Elektronensystems und möglichst störungsfreie Elektronenübergänge. Nur dann senden diese Substanzen nach Anregung mit Licht oder elektrischer Energie farbiges Licht mit hohem Wirkungsgrad aus. Werden diese Elektronenübergänge gestört, verteilt sich die Energie und löscht die Fluoreszenz. Der Farbstoff, den Yasuda und seine Gruppe synthetisierten, hat eine längliche symmetrische Struktur mit π-konjugierten Doppelbindungen. Die Wissenschaftler entdeckten, dass eine Änderung in der Morphologie der festen Substanz, also beim Erhitzen oder Reiben, deren Fluoreszenzfarbe zwischen grün und orange umschlagen lässt.

Dieser Befund wurde durch Röntgenkristallographie und Berechnungen theoretisch untermauert. Demnach unterscheiden sich die Winkel in der angeregten amorphen Struktur im Vergleich zum Kristall leicht. Entsprechend sendet der amorphe Festkörper Licht etwas längerer Wellenlänge aus als der Kristall.

Anwenden ließe sich eine solche Zweifarbenemission eines Pigments in Optoelektronik und Sensorik. Hierfür stellten die Forscher fest, dass ein dünner Film der Substanz orange fluoresziert, nach längerem Erhitzen und Abkühlen jedoch grün. Den so behandelten Film ritzten die Wissenschaftler ein. Da die geritzten Bereiche wieder orange fluoreszierten, konnten sie sogar auf grünem Hintergrund orange fluoreszierende Wörter schreiben.

Eine besonders anspruchsvolle Anwendung sind OLEDs. Ein üblicher OLED-Aufbau mit dem Pigment zeigte helle Elektrolumineszenz. Lag das Pigment kristallin vor, leuchteten die OLEDs grün, wenn es amorph war orange. Mit zwei Elektrolumineszenzfarben in einem Pigment biete sich die Substanz besonders für responsive Materialien an.

Originalveröffentlichung:

[K. Isayama, N. Aizawa, J. Y. Kim, T. Yasuda, Modulating Photo‐ and Electroluminescence in a Stimuli‐Responsive π‐Conjugated Donor–Acceptor Molecular System, Angew. Chem (2018), DOI: 10.1002/ange.201806863]

von mn

www.kyushu-u.ac.jp

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