Nya former av ljusemitterande material som kallas fosforer, med ökad mångsidighet i förhållande till befintliga alternativ, utvecklas av forskare vid National Institute for Materials Science (NIMS) i Japan, med kollegor vid Tokyo University of Science och Hokkaido University. Deras arbete publiceras i tidskriften Science and Technology of Advanced Materials .
Fosfor absorberar energin från elektromagnetisk strålning, inklusive synligt ljus och röntgenstrålar, och släpper sedan ut den i färger som beror på deras egenskaper. De används i många applikationer, inklusive lysdioder (LED), bildskärmar, scintillatorer som upptäcker strålning som röntgen och optoelektroniska enheter.
"Vi måste hitta fosfor med lättavstämda utsläpp för att kunna utnyttja dem i ett ständigt bredare användningsområde", säger Takayuki Nakanishi från NIMS-teamet. "I detta arbete har vi utvecklat en ny typ av polymerkristaller med mycket smala emissionsband som är lämpliga för att göra nästa generation av mikro-LED." Dessa specialiserade lysdioder förväntas användas i många nya industriella tillämpningar.
Verket är baserat på självlysande lantanidpolymerkristaller byggda av komponenter som innehåller en central europiumatom (ett lantanidelement) komplexbundet med omgivande organiska kemiska grupper. Bildandet och aggregeringen av kristallerna kan styras för att justera produktens optiska egenskaper för att passa den avsedda användningen. Nanosfärer av polymeren visade sig erbjuda den högsta optiska effektiviteten.
"Den mest innovativa aspekten av vår forskning är att den avslöjar att polymerkristaller kopplade till vad som kallas koordinationsbindningar kan användas som ett brett utbud av funktionella och värmestabila fosforer från nanostorlek till makrostorlek", säger Nakanishi.
Nästa utmaning för teamet är att utöka utbudet av våglängder som kan användas för att excitera materialen. De nuvarande fosforerna stimuleras av ultraviolett strålning. Men för att utöka användbarheten till många fler applikationer hoppas teamet kunna flytta till andra våglängder, särskilt längre och därför energisnålare.
Förutom fördelarna med hög ljusemissionseffektivitet och termisk stabilitet är de nya fosforerna också mycket lätta att kristallisera och är lätta att dispergera i lösningsmedel. Dessa två sistnämnda egenskaper gör dem väl lämpade för storskalig tillverkning som kommer att krävas för att fullt ut förverkliga sin potential.
"Vi förväntar oss att polymersfärer i nanoskala som använder koordinationspolymerer som vår kommer att bli ett nytt och mångsidigt fluorescerande material i nivå med de för närvarande mer kända kvantprickarna", avslutar Nakanishi.
Mer information: Takayuki Nakanishi et al, Strukturell metamorfos och fotofysiska egenskaper hos termostabil nano- och mikrokristallin lantanidpolymer med flexibla koordinationskedjor, Science and Technology of Advanced Materials (2023). DOI:10.1080/14686996.2023.2183711
Tillhandahålls av National Institute for Materials Science
