Nuovi materiali per i led organici

Un team di ricerca dell'University of Michigan ha sviluppato una nuova classe di materiali puramente organici in grado di emettere radiazioni elettromagnetiche nello spettro del visibile grazie al fenomeno della fosforescenza, una proprietà che precedentemente è stata riscontrata solamente in composti non organici o negli organometalli.

Il gruppo di ricercatori, coordinato dal ricercatore Jingsang Kim, ha potuto realizzare cristalli organici senza metalli che risultano bianchi quando colpiti da luce visibile mentre emettono radiazioni nello spettro del blu, del verde, del giallo e dell'arancio quando sono investiti da luce ultravioletta. Il cambiamento della composizione chimica dei metalli consente l'emissione di colori differenti.

I nuovi materiali possono permettere di compiere importanti passi avanti rispetto alle attuali tecnologie OLED (Organic Light Emitting Diode) e di illuminazione a stato solido. Gli OLED a basso consumo sono impiegati oggi per la realizzazione di schermi di piccole dimensioni come quelli utilizzati sui cellulari o sulle fotocamere compatte. La tecnologia OLED è ancora poco adatta per l'impiego in display di grosse dimensioni, principalmente per via dei costi di produzione. Inoltre gli OLED di oggi non sono completamente organici, e cioè non sono realizzati al 100% con composti di carbonio. I materiali organici impiegati devono essere infatti abbinati con elementi metallici con metallo per generare un'emissione luminosa.

Kim ha dichiarato: "I materiali puramente organici non sono stati in grado di generare una significativa fosforescenza. Noi crediamo che questo sia il primo esempio di un composto organico che può competere con un composto metallorganico in termini di luminosità e capacità di regolare i colori" ha dichiarato Kim.

I nuovi materiali hanno mostrato una resa quantica del 55%. La resa quantica misura l'efficienza e la luminosità di un materiale e si riferisce alla quantità di energia che viene dissipata da un elettrone sottoforma di luce, invece che di calore, nel momento in cui passa da uno stato eccitato ad un livello energetico inferiore. Gli attuali composti completamente organici hanno una resa quantica essenzialmente nulla.

Nei materiali realizzati dal gruppo di ricerca l'emissione luminosa avviene grazie a molecole di carbonio e ossigeno, conosciute con il nome di "carbonili aromatici", che sono in grado di emettere fosforescenza debole e solo in particolari condizioni di temperatura. L'unicità di questi nuovi materiali è rappresentata dal fatto che i carbonili aromatici formano forti legami con gli alogeni presenti nel cristallo per compattare le molecole. Questa struttura consente di sopprime le vibrazioni e l'energia dissipata sottoforma di calore nel momento in cui gli elettroni eccitati passano ad un livello energetico inferiore, portando così ad una forte fosforescenza.

"Combinando i carbonili aromatici con stretti legami alogeni, abbiamo ottenuto una fosforescenza particolarmente intensa in condizioni pratiche" ha dichiarato Ons Bolton, coautore del documento. In questo modo è possibile realizzare materiali organici blu ad elevata energia, difficili da realizzare con gli organometalli.

Gli OLED sono più leggeri ed economici da realizzare rispetto alle controparti non-organiche, che sono costituiti principalmente da ceramiche. Gli OLED di oggi contengono comunque ancora piccole quantità di metalli preziosi. Questi nuovi composti consentono, almeno in linea teorica, di ridurre ulteriormente i costi di produzione dal momento che non prevedono l'impiego di metalli preziosi e sono costituiti principalmente da carbonio, ossigeno, cloro e bromo.

"Si tratta di uno stadio iniziale, ma ci aspettiamo che non sia necessario molto tempo prima che questi materiali possano essere disponibili per applicazioni commerciali. Potranno portare un grande cambiamento nell'industra LED e dell'illuminazione a stato solido, dal momento che i nostri composti sono molto economici, semplici da sintetizzare ed è facile regolare la loro struttura chimica affinché si possano ottenere differenti colori" ha commentato Kim.

L'università sta ora cercando di avviare le pratiche per proteggere la proprietà intellettuale tramite il riconoscimento del brevetto e sta individuando potenziali partner per applicazioni commerciali della tecnologia.