Zespół badaczy z Wydziału Matematyki, Fizyki i Informatyki (dr Michał Mońka, dr hab. Illia Serdiuk, prof. Piotr Bojarski i mgr Radosław Rogowski) oraz Wydziału Chemii UG (dr Daria Grzywacz i dr hab. Artur Sikorski) we współpracy z Durham University oraz Politechniką Śląską dokonał znaczącego postępu w technologii OLED. Ich najnowszy artykuł w prestiżowym czasopiśmie ASC Applied Materials & Interfaces (200 pkt.) opisuje szczegóły wynalazku, który ma szansę zostać wdrożony w tzw. czwartej generacji OLED. O innowacji opowiada dr Michał Mońka.

- Czego dokładnie dotyczą badania, które stały się podstawą najnowszej publikacji?

Dr Michał Mońka: - Badania dotyczą rozwiązania problemu niskiej stabilności materiałów odpowiedzialnych za konwersję energii elektrycznej w światło (tzw. emiterów światła). Takie emitery są kluczowymi składnikami wyświetlaczy OLED (ang. Organic Light-Emitting Diode), umożliwiających wyświetlanie obrazów w wysokiej jakości, z jakich codziennie korzystamy np. w smartfonach, laptopach czy telewizorach.

Obecnie wszystkie wyświetlacze korzystające z technologii OLED opierają się na materiałach zawierających metale ciężkie. Chcemy odejść od stosowania kosztownych i toksycznych materiałów, czyniąc produkcję tańszą, łatwiejszą i bardziej przyjazną środowisku. Jednakże do tej pory nie udało się stworzyć w pełni organicznego emitera (bez metali ciężkich), spełniającego wymóg dostatecznie wysokiej stabilności.

 - Czy udało się Wam to zmienić? Na czym polega Wasze osiągnięcie, które prezentujecie w artykule?

- W artykule przedstawiamy jeden z naszych ostatnich wynalazków - w pełni organiczny emiter, który cechuje się zarówno wysoką wydajnością, jak i stabilnością. Dzięki przeprowadzonym testom aplikacyjnym w jednym z wiodących ośrodków naukowo-badawczych w Wielkiej Brytanii udowodniliśmy, że nasz materiał ma bardzo wysoki potencjał wdrożeniowy i może być zastosowany w czwartej generacji OLED. Co więcej, zaprojektowany przez nas emiter w połączeniu z innymi molekułami pomocniczymi może tworzyć bardzo wydajne układy z emisją w bliskiej podczerwieni (NIR). Poza zastosowaniem w OLED, takie materiały są szczególnie istotne również ze względu na szerokie aplikacje w medycynie, np. w nieinwazyjnych procedurach diagnostycznych lub monitorowaniu parametrów życiowych.

- W jaki sposób udało się tego dokonać?

- Kluczem do sukcesu było nie tylko stworzenie nowego materiału, ale także zrozumienie mechanizmów stojących za jego wysoką wydajnością i stabilnością. Od 2020 roku prowadzimy intensywne badania nad procesami fotofizycznymi zachodzącymi przy udziale emiterów, które mogą zwiększać ich stabilność w OLED. Zaliczamy do nich m. in. termicznie aktywowaną opóźnioną fluorescencje, efekt ciężkiego atomu oraz rezonansowy transfer energii. Nasza praca skupia się na łączeniu wybranych procesów, i specyficznej kontroli oddziaływań międzycząsteczkowych tak, aby optymalizować ich wzajemny udział i (w końcowym rezultacie) parametry OLED.

Ustaliliśmy, że obok samej struktury chemicznej emitera, równie istotne są preferencje dotyczące sposobu, w jaki układają się względem siebie molekuły w materiale. W szczególności, opracowany przez nas materiał posiada wyraźną skłonność do tworzenia tzw. π-stackingu, czyli warstwowego ułożenia cząsteczek, w którym ich płaskie fragmenty nakładają się na siebie jak stos kartek papieru. Dzięki temu zastosowany efekt ciężkiego atomu polegający na wprowadzeniu bromu jest wielokrotnie zintensyfikowany, co korzystanie wpływa na stabilność OLED-u.

- Jakie są dalsze plany związane z wynalazkiem?

Obecnie jesteśmy świadkami wyścigu technologicznego o to, kto pierwszy opracuje i wdroży w pełni organiczny materiał w OLED. Na podstawie zgromadzonej wiedzy i pracy całego zespołu mamy dzisiaj wszelkie niezbędne predyspozycje do tego, aby go wygrać. Doświadczenie, celowe pomysły, know-how w dziedzinie oraz bogate portfolio z wynalazkami chronionymi prawami patentowymi to nasze najważniejsze karty.

Głównym czynnikiem limitującym jest skala, w jakiej jesteśmy w stanie działać. Jako kilkuosobowy zespół korzystamy z uprzejmości zaprzyjaźnionych centrów badawczych, ponieważ nie mamy możliwości testowania i wytwarzania OLED-ów „u siebie”. Aby przyspieszyć rozwój i optymalizację naszych materiałów, musimy rozszerzyć infrastrukturę badawczą oraz zainwestować w nowoczesne narzędzia niezbędne do dalszych testów i produkcji prototypów.

Dlatego aktywnie poszukujemy partnerów w sektorze gospodarczym, wsparcia biznesowego oraz możliwości finansowania, które ułatwią nam dalsze badania i rozwój technologii. W szczególności interesuje nas współpraca z firmami zajmującymi się produkcją wyświetlaczy OLED oraz instytucjami wspierającymi innowacyjne projekty.

Link do publikacji: Heavy Atom as a Molecular Sensor of Electronic Density: The Advanced Dimer-Type Light-Emitting System for NIR Emission | ACS Applied Materials & Interfaces

O badaniach zespołu wcześniej pisaliśmy tutaj.

Badania były objęte finansowaniem w ramach grantu LIDER XI (LIDER/47/0190/L-11/19/NCBR/2020, kierownik: dr hab. Illia Serdiuk).