Abstract
המחברים מציגים גישה בודה פליטת אור לבן יציבה פולימר פולטות אור בתאים אלקטרוכימיים (PLECs) בעל שכבה פעילה אשר מורכב של פולי כחול-ניאון (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) ( PFD) ומולקולות triphenylamine π מצומדות. פליטת אור לבן זה מקורו exciplexes שנוצר בין PFD ו אמין ב מדינות מתרגשות אלקטרוני. מכשיר המכיל PFD, 4,4 ', 4' '- טריס [2-naphthyl (פניל) אמינו] triphenylamine (2-TNATA), פולי (אתילן אוקסיד) ו- K 2 CF 3 SO 3 הראה פליטת אור לבן עם הנציבות Internationale de l'éclairage (CIE) הקואורדינטות של (0.33, 0.43) ו טיוח מדד צבע (CRI) של Ra = 73 ב מתח היישומית מדידות מתח 3.5 V. קונסטנט הראה כי CIE הקואורדינטות של (0.27, 0.37), רא של 67, ואת צבע הפליטה נצפה מייד לאחר היישום של מתח של 5 V היו כמעט ללא שינוי ויציב לאחר300 שניות.
Protocol
1. הכנת פתרונות שכבה פעילות
- פתרון שכבה פעיל עבור מכשירי PFD מסוממים האמינים
הערה: PFD, 4,4 ', 4' '- טריס [2-naphthyl (פניל) אמינו] triphenylamine (2-TNATA), 9,9-dimethyl- N, N' -DI (1-naphthyl) - N , -diphenyl-9H-fluorene-2,7-diamine 'N (DMFL-NPB), פולי (אתילן אוקסיד) (PEO), שימשו קיבל. Trifluoromethanesulfonate אשלגן (K 2 CF 3 SO 3) היה מיובש תחת ואקום ב 200 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 לפני השימוש.- עבור מכשירים בעלי PFD: יחס אמין של 1: 0.25, לפזר 10 מ"ג של PFD ו -2.5 מ"ג של האמין ארומטיים 1 מ"ל של כלורופורם ומערבבים עבור שעה 1 ב 40 מעלות צלזיוס. לאלו שיש PFD: יחס אמין של 1: 1, השתמש 10 מ"ג של אמין ארומטיים.
- בנפרד, לפזר 10 מ"ג של PEO ב 1 מ"ל של cyclohexanone ומערבבים במשך שעה 1 ב 60 ° C, ו לפזר 2.5 מ"ג trifluoromethanesulfonate אשלגן (KCF 3 SO 3) ב 1מ"ל של cyclohexanone ומערבבים עבור שעה 1 ב 40 מעלות צלזיוס.
- להוסיף 0.78 מ"ל של הפתרון PEO ו 0.147 מ"ל של הפתרון KCF 3 SO 3 לפתרון PFD באמצעות micropipettes. מערבב את הפתרון המשולב לבעלים 4 שעות ב 40 מעלות צלזיוס.
- סנן פתרון המעורב באמצעות מסנן הממברנה לפני ספין ציפוי.
- פתרון שכבה פעיל עבור מכשיר PFD undoped
- עבור המכשיר PFD undoped, לפזר 10 מ"ג של PFD ב 1 מ"ל של כלורופורם ומערבבים עבור שעה 1 ב 40 מעלות צלזיוס. הצעדים הבאים הם זהים לאלה שתוארו לעיל עבור PFDs המסומם האמין ב 1.1.2 - 1.1.4.
ייצור 2. של תקני LEC
הערה: תהליך יצור התקני LEC מסוכם באיור 1.
- אולטרסונית נקי תחמוצת אינדיום-בדיל בדוגמת (איטו) זכוכית מצעים עם סבון הכלים המדולל, ואחריו מים מיוננים, אצטון 2-propanol באמצעותבאמבטית קולי שולחן עבודה (38 קילוהרץ) במשך 3 דקות לכל שלב. לבסוף, להסיר את הממס באמצעות מפוח N 2.
- פנק את המצעים עם UV / O 3 דקות 3 באמצעות UV / O 3 בטיפול יחיד על פי הפרוטוקול של היצרן. בצע את תהליך ציפוי שכבה הפעיל תחת אווירה אינרטי בתוך תא הכפפות.
- גדר מצע ניקה על הראש של coater ספין. לוותר סביב 100 μl של פתרון השכבה הפעילה באמצעות micropipette. ספין המצע כדלקמן: 800 סל"ד במשך 60 שניות, להגביר את קצב 1,000 סל"ד מעל 3 שניות, ואז ספין ב 1000 סל"ד במשך 10 שניות. עובי השכבה הפעיל יהיה בסביבות 150 ננומטר.
- ייבש את המצעים המצופים למשך הלילה בתא הכפפות.
- לקנח פולימר עודף כדי להבטיח חיבור אלקטרודה נכון אנקפסולציה.
- מניח את המצעים על בעל אידוי להפקדה של אלומיניום. טען את הבעל בתא האידוי, תרמית להפקיד רובד 100 ננומטר של אלומיניוםבקצב אידוי של 0.4 ננומטר / sec דרך מסכת אידוי נירוסטה, אשר יש 3 מ"מ פתחים רחבים להפקדת אלקטרודות דלפק אלומיניום.
- כאשר בתצהיר יושלם, להעביר את ההתקנים על תא הכפפות תחת אווירה אינרטי. החלת חרוז של שרף אפוקסי לריפוי UV בצורת מלבן באמצעות מתקן. מניחים כוס כיסוי (15 מ"מ x 12 מ"מ x 0.7 מ"מ בעובי) על שרף כדי לתמצת את המכשיר (ראה איור 1).
- לרפא את קרינת UV באמצעות שרף (מינון מצטבר: 6,000 mJ / 2 ס"מ, אורך גל: 365 ננומטר) ממקור אור LED UV.
אפיון 3.
- מדידות JVL
הערה: צפיפות הזרם (J) -voltage (V) -luminance (L) (JVL) מאפייני הוועדה Internationale de l'Eclairage (CIE) קואורדינטות נמדדו באמצעות גלאי צילום ספקטרלי מאובזרים עם צג מקור זרם מתח DC. מערכת המדידה נשלטת על ידימחשב עם תוכנת שליטה מותאמת אישית עבור רכישת נתונים. המערכת כוילה הפרוטוקול של היצרן הבא ומדידות בוצעו בחושך תחת וילון שחור.- חברו את מסופי לאנשי הקשר של המכשיר עם קליפים תנין. מניחים את המכשיר על הבמה המדידה.
- הפעל את תוכנת בקרה לרכישת נתונים. המערכת שולטת על מתח מיושם ועדכן לאורך זמן ואוספת את ספקטרום הפליטה ידי ספקטרומטר דרך סיב אופטי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Electroluminescence (EL) ספקטרה שמשה לצורך חישוב קואורדינטות CIE וערכי CRI (איורים 2, 4, 5). צילום תמונות של מכשירי הפולטים נאספו כדי לאמת את הלובן של הפליטה (איור 3).
ספקטרה EL של מכשירי PFD מסוממים האמינים ומכשיר PFD undoped מוצגת באיור 2. מכשיר PFD undoped הראה פליטה כחולה שמתאימה פליטת אקסיטון PFD. בינתיים, 2-TNATA ואת התקנים מסוממים DMFL-NPB הראה פליטת אורך גל ארוך יותר בהשוואה למכשיר PFD undoped. הפליטה מן ההתקנים מסוממים האמינים שמקורה exciplexes שנוצר בין PFD ו האמין ב מדינות מתרגשות אלקטרוני.
2-TNATA ואת התקנים מסוממים DMFL-NPB הראה פליטת אור לבן כפי שניתן לראות photogra צבע phs של מכשירים פולטי (איור 3). שינויי קואורדינטות CIE של המכשירים מסוממים האמינים (יחסי סימום של PFD: אמין = 1: 0.25 ו 1: 1). מוצג באיור 4 המכשיר המסומם 2-TNATA (PFD: 2-TNATA = 1: 0.25) CIE הראה הקואורדינטות של (0.33, 0.43) ו טיוח מדד צבע (CRI) של Ra = 73 ב מדליק V = 3.5 V (V מדליק מוגדר כמתח הנדרש כדי לייצר בהיקות של מעל 1 cd / ס"מ 2 במהלך מדידת מתח לטאטא) והמכשיר מסוממים DMFL-NPB עם אותו יחס של PFD: DMFL-NPB (1: 0.25) הראה CIE הקואורדינטות של x = 0.23, y = 0.33, וכן CRI של Ra = 54 ב- V מדליק = 3.5 V. צבע הפליטה של המכשיר המסומם DMFL-NPB היה מעט כחול מוזז בהשוואה לזו של המכשיר המסומם 2-TNATA. זאת בשל הבדל exciplex להרכיב ביכולות של אמינים עם PFD, עם 2-TNATA בעל יכולת טובה יותר כדי ליצור exciplexes מ DMFL-NPB. 15
ontent "FO: keep-together.within-page =" 1 "> איור 5 מראה את שינויי צפיפות, בהיקות נוכחית CIE קואורדינטות של מכשיר מסומם-TNATA 2 כאשר מתח קבוע של 5 וולט יושם מייד לאחר ההחלה. מתח, המכשיר הראה CIE קואורדינטות של (0.27, 0.37) ו Ra של 67, ואת צבע הפליטה הזאת הוא כמעט ללא שינוי ויציב לאחר 300 שניות.
איור 1. תהליך ייצור של מכשיר בקר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. ספקטרום פליטת EL של PLECs, 2-TNATA מסומם, DMFL-NPB מכשירים מסוממים ו undoped.e.jove.com/files/ftp_upload/54628/54628fig2large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. תצלום של פליטת אור מן ההתקנים מסוממים האמינים יחס סימום של PFD:. אמין = 1:.. 1 א) 2-TNATA מכשיר מסומם ב) מכשיר מסומם DMFL-NPB (ברים בקנה מידה:. 5 מ"מ) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
שינויים איור 4. ב CIE הקואורדינטות של 2-TNATA ואת התקנים מסוממים DMFL-NPD עם הגדלת מתח א) מכשירים עם יחס סימום של PFD:. אמין = 1:. 1 ב) </ strong> מכשירים עם יחס סימום של PFD: אמין = 1:. 0.25 אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5. אבולוציה זמנית של א) CIE קואורדינטות, בהיקות ובהווה, ו ב) יעילות, בהיקות, ובהווה של 2-TNATA מסומם PLECs. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הבקר יש שכבה פעילה המכילה PFD הידרופובי אמין ארומטיים, ותחמוצת פוליאתילן הידרופילי KCF 3 SO 3. מאחר וחומרים אלה יש solubilities שונה מאוד, הכנה קפדנית של פתרון ציפוי הספין היא קריטית כדי למנוע solvation השלם. כל חייבים להיות מומס ראשון בנפרד ובאופן מוחלט בממסים עם יכולת solvating מספיק, אז הפתרונים מעורבבים יחד כדי ליצור תערובת אחידה. איזון פליטות אקסיטון ו exciplex הוא מפתח להשגת פליטה לבנה. לפיכך, הסכומים של PFD ו אמינים חייבים להימדד בדיוק.
בשנת LECs חשוב גם לשלוט מורפולוגיה שלב ההפרדה של השכבה הפעילה. המחברים ניסו להשתמש פולימרי מוליכי יון אחרים כגון ethoxylate trimethylolpropane (TMPE-OH) 16 במקום PEO, אבל המכשיר מפוברק עם TMPE-OH לא לתפקד בתור בקר. החומרים הידרופובי (PFD ארומטיאמינים) ואת אלקטרוליט פולימר הידרופילי נוטים שלב נפרד, כלומר חומרים חייב להיות שנבחרו בקפידה.
UV-אור משמש כדי לרפא שרף עלול לפגום חומר השכבה הפעילה. לכן, באור UV היא האירה מהצד שהופקד האלומיניום באמצעות כיסוי זכוכית כדי להימנע מחשיפה מיותרת.
בהשוואה לשיטות שבן חומרים פולטי אור המרובים משמשים, 10-14 השיטה המתוארת לעיל יש יתרון גדול בכך פליטת אור לבן ניתן להשיג רק באמצעות התוספת של תרכובות פשוטות כגון אמינים ארומטיים. כדי לייצר אור גבוה CRI לבן, זה יהיה הכרחי כדי להשיג פליטת להקה רחבה עם ספקטרום קרוב יותר אור שמש. בגלל exciplexes בדרך כלל לייצר פליטות פס רחבות, למצוא שילובים טובים יותר של פולימרים ו אמין פולט אור כחול צריך לעשות את זה ניתן להשיג Cris המורכב הללו.
איור 5 מראה זמן evolution של בהיקות, צפיפות זרם, קואורדינטות CIE ויעילות של הבקר 2-TNATA המסומם מיושם מתח קבוע של 5 V. איור 4 מראה את ההתנהגות הטיפוסית של בקר, כגון הגדלת בהיקות וצפיפות נוכחית ושינויים יעילים במהלך מבצע 30 השניות הראשונות.
המחברים ובכך הוכיחו את הליך הייצור עבור PLECs עם פליטת אור לבן ניצול פליטת exciplex שמקורם PFD ו אמין. המחברים גם הראו את היציבות של פליטת אור הלבנה הזה, נכס אשר חשוב במיוחד עבור יישומי תאורת שטח גדולים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי גרנט ב- Aid למחקר מדעי (מס '24,225,003). עבודה זו נתמכה כלכלית על ידי תאגיד JX Nippon Oil & Energy.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) | Aldrich | 571660 | |
| 4,4’,4’’-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino] triphenylamine (2-TNATA) | Aldrich | 768669 | |
| 9,9-Dimethyl-N,N’-di(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-9H-fluorene-2,7-diamine (DMFL-NPB) | Aldrich | ||
| Poly(ethylene oxide) (PEO) | Aldrich | 182028 | |
| Potassium tirifluoromethansulfonate (KCF3SO3) | Aldrich | 422843 | dried under vacuum at 200 °C for 2 hr prior to use |
| Chloroform | Kanto Chemical Co. | 08097-25 | dehydrated |
| Cyclohexanone | Kanto Chemical Co. | 07555-00 | |
| SCAT 20-X (detergent) | Daiichi Kogyo Seiyaku | diluted with water | |
| Acetone | Kanto Chemical Co. | 01866-25 | Electronic grage |
| 2-propanol | Kanto Chemical Co. | 32439-75 | Electronic grage |
| 13 mm GD/X Disposable Filter Device PVDF Filter Media, Polypropylene Housing | Whatman | 6872-1304 | |
| UV/O3 Treating Unit | SEN Lights Co. | SSP16-110 | |
| Spectral Photo Detector | Otsuka Electronics | MCPD 9800 | |
| Voltage Current Source Monitor | ADCMT | 6241A | |
| Evaporation Mask | Tokyo Process Service Co., Ltd. | NA | The evaporation mask was wet-etched to create openings for patterned deposition of aluminum. The size of the mask is 100 mm x 100 mm x 0.2 mm-thick. |
References
- Pei, Q., Yu, G., Zhang, C., Yang, Y., Heeger, A. J.
- Sun, Q., Li, Y., Pei, Q. Polymer light-emitting electrochemical cells for high-efficiency low-voltage electroluminescent devices. J. Disp. Technol. 3 (2), 211-224 (2007).
- Meier, S. B., et al. Light-emitting electrochemical cells: recent progress and future prospects. Mater. Today. 17 (5), 217-223 (2014).
- Edman, L., et al. Single-component light-emitting electrochemical cell fabricated from cationic polyfluorene: Effect of film morphology on device performance. J. Appl. Phys. 98 (4), 044502 (2005).
- Fang, J., Matyba, P., Edman, L. The Design and Realization of Flexible, Long-Lived Light-Emitting Electrochemical Cells. Adv. Funct. Mater. 19 (16), 2671-2676 (2009).
- Yu, Z., et al. Stabilizing the Dynamic p− i− n Junction in Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells. J. Phys. Chem. Lett. 2 (5), 367-372 (2011).
- Sandström, A., Dam, H. F., Krebs, F. C., Edman, L. Ambient fabrication of flexible and large-area organic light-emitting devices using slot-die coating. Nat. Commun. 3, 1002 (2012).
- Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
- Yang, Y., Pei, Q. Efficient blue-green and white light-emitting electrochemical cells based on poly 9, 9-bis (3, 6-dioxaheptyl)-fluorene-2, 7-diyl. J. Appl. Phys. 81 (7), 3294-3298 (1997).
- Tang, S., Buchholz, H. A., Edman, L. White Light from a Light-Emitting Electrochemical Cell: Controlling the Energy-Transfer in a Conjugated Polymer/Triplet-Emitter Blend. ACS Appl. Mater. Iterfaces. 7 (46), 25955-25960 (2015).
- Nishikitani, Y., Takizawa, D., Nishide, H., Uchida, S., Nishimura, S. White Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells Fabricated Using Energy Donor and Acceptor Fluorescent π-Conjugated Polymers Based on Concepts of Band-Structure Engineering. J. Phys. Chem. C. 119 (52), 28701-28710 (2015).
- Sun, M., Zhong, C., Li, F., Cao, Y., Pei, Q. A Fluorene− Oxadiazole Copolymer for White Light-Emitting Electrochemical Cells. Macromolecules. 43 (4), 1714-1718 (2010).
- Tang, S., Pan, J., Buchholz, H., Edman, L.
- Tang, S., Pan, J., Buchholz, H. A., Edman, L. White light from a single-emitter light-emitting electrochemical cell. J. Am. Chem. Soc. 135 (9), 3647-3652 (2013).
- Nishikitani, Y., et al. White polymer light-emitting electrochemical cells using emission from exciplexes with long intermolecular distances formed between polyfluorene and π-conjugated amine molecules. J. Appl. Phys. 118 (22), 225501 (2015).
- Tang, S., Mindemark, J., Araujo, C. M. G., Brandell, D., Edman, L. Identifying Key Properties of Electrolytes for Light-Emitting Electrochemical Cells. Chem. Mater. 26 (17), 5083-5088 (2014).
