Согласно обзорной статье, опубликованной в журнале Science and Technology of Advanced Materials, молекулы, используемые для изготовления оптоэлектронных устройств, могут быть сконструированы таким образом, чтобы уравновесить химические взаимодействия внутри них и оптимизировать их свойства для конкретных приложений. В этой статье, подготовленной исследователями из Национального института материаловедения (NIMS) в Японии, предлагаются инженерные стратегии, которые могут способствовать развитию производства ряда устройств.Оптоэлектронные устройства преобразуют электричество в свет или свет в электричество и являются неотъемлемой частью все большего числа устройств.
Например, многие дисплеи для телевизоров и мобильных устройств сделаны с использованием оптоэлектронных органических светодиодов (OLED). Оптоэлектроника также занимает центральное место в устройствах, работающих на солнечной энергии, оптоволоконной связи и некоторых электронных микросхемах.Многие материалы, которые используются для изготовления оптоэлектроники, состоят из «π-сопряженных» молекул, которые имеют сложную форму химической связи, в которой многие электроны разделяются между многими атомами. Это соединение придает электронные и оптические свойства, которые идеально подходят для оптоэлектроники, но также приводит к ограничениям.
Например, при комнатной температуре большинство этих материалов твердые и поэтому не подходят для гибких устройств. Более того, π-конъюгированные молекулы, как правило, нерастворимы в растворителях, и с ними трудно работать в технологии печати.Однако эти свойства могут быть изменены путем присоединения алкильных цепей к π-сопряженным молекулам (алкильные цепи имеют основу из атомов углерода, но могут различаться по длине и структуре разветвления).
Ученым не хватает полного понимания того, как алкильные цепи влияют на свойства π-сопряженных молекул, но Фенниу Лу и Такаши Наканиши из NIMS проанализировали ряд исследований, чтобы определить фундаментальные правила процесса. (С 2005 года доктор Наканиши сам изобрел способ контролировать самосборку линейных алкильных цепей, таких как алкилированные фуллерены, в π-сопряженные молекулы. Кроме того, он недавно разработал интригующую технику для создания люминесцентных ламп при комнатной температуре ». жидкие "π-сопряженные молекулы путем обертывания π-фрагмента несколькими разветвленными алкильными цепями.)Чтобы оценить влияние прикрепленных алкильных цепей, команда NIMS провела сопоставление исследований, в которых изучались свойства π-сопряженных молекул, модифицированных определенными алкильными цепями.
Некоторые исследования показали, что различные типы алкильных цепей, полярность растворителя, температура и взаимодействия цепь-субстрат приводят к сборке π-сопряженных молекул в различные двух- и трехмерные структуры. Другие исследования показали, что алкильные цепи с определенной структурой позволяют образовывать «термотропные» жидкокристаллические материалы, обладающие свойствами между твердыми твердыми и мягкими жидкостями, а также образование материалов, которые являются «изотропными» жидкостями при комнатной температуре. и из которых могут быть образованы светопроводящие жидкие кристаллы или гели. Авторы описывают эту стратегию как «алкил-π-инженерию» в своей обзорной статье.Исследователи пришли к выводу, что изменения свойств алкилированных π-молекул зависят от точного баланса взаимодействий между π-сопряженными звеньями, а также статических взаимодействий (известных как силы Ван-дер-Ваальса) между алкильными цепями.
Различные алкильные цепи влияют на баланс этих взаимодействий, приводя к разным молекулярным структурам и свойствам. Это понимание позволит исследователям сознательно создавать π-сопряженные молекулы, обладающие определенными свойствами, что сделает производство высокопроизводительных оптоэлектронных устройств более эффективным.