Figuren visar designprinciperna för att utveckla en inställbar 2D COF som kan sända ut vitt ljus. Den fria intramolekylära bindningsrotationen gör den grundläggande molekylära enheten icke-emitterande. Genom att begränsa det via intramolekylär vätebindning, det leder till ökad ljusemission. När detta utökas till 2D COFs som ytterligare immobiliseras via vätebindning inom och mellan skikt, det finns en ytterligare förbättring av emissionen i det synliga ljusspektrumet. Kredit:Nature Communications 2018
NUS-kemister har utvecklat designriktlinjer för en typ av materialplattform som kan aktivera och justera ljusemissionsförmågan hos organiska molekyler för belysnings- och displayapplikationer.
Materialens förmåga att emittera ljus i fast tillstånd (solid-state fluorescens) är en grundläggande egenskap som har många potentiella tillämpningar, som i belysning och displayer. Det finns en ökande efterfrågan på högpresterande organiska molekyler för användning i flexibla displayer och belysningar gjorda av organiska lysdioder (OLED) teknologi. OLED-skärmar är tunnare och mer flexibla jämfört med konventionella flytande kristallskärmar (LCD). Dock, de flesta organiska molekyler kan inte avge ljus effektivt i sitt fasta tillstånd.
En forskargrupp ledd av professor Loh Kian Ping från Institutionen för kemi, NUS har utvecklat designriktlinjer för tvådimensionella (2-D) kovalenta organiska ramverk (COF) som effektivt kan användas för att möjliggöra och justera dess fasta fluorescens. COFs är kristallina polymerer bildade av organiska molekylära byggstenar som är starkt sammanlänkade av kovalenta bindningar. Dessa organiska molekylära byggstenar är vanligtvis icke-emitterande. Forskargruppen har visat att ljusemissionsfärgen från COF kan ändras från blå till grön till gul. Även emission av vitt ljus är möjligt. Jämfört med fluorescerande små organiska molekyler, denna typ av materialplattform kan ge större ljusemission och ett bredare färgområde och kan potentiellt användas i avkänning, belysnings- och displayapplikationer.
Fotoluminescensen hos skiktade organiska material släcks vanligtvis. Detta beror på π-π-staplingen eller bindningsrotationen som orsakar icke-emitterande förlust av fotoexcitationsenergi. Denna typ av COF-plattform övervinner problemet genom att begränsa den intramolekylära bindningens rotation via intra- och mellanskiktsvätebindning bland de staplade COF-skikten.
Mr Li Xing, en Ph.D. student som arbetar med detta projekt, sa, "COF-plattformen ger flexibilitet i den strukturella designen och modifieringen av materialet. Genom att justera sidokedjefunktionaliteten och länken för COF-plattformen, materialets ljusavgivande egenskaper kan ändras för att passa olika applikationer."
"Högemissionsmolekylära enheter kan införlivas i detta system för att ytterligare förbättra emissionseffektiviteten, " tillade prof Loh.
