הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

המצאה של אור לבן פולטות תאים אלקטרוכימיים עם פליטה יציבה מ Exciplexes

7.7K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/54628

⸱

15 בנובמבר 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Specialty Chemicals & Materials Company, JX Nippon Oil & Energy Corporation, 2Department of Advanced Science and Engineering, Waseda University, 3Central Technical Research Laboratory, JX Nippon Oil & Energy Corporation

במאמר זה

סיכום

המחברים מציגים שיטה לייצור תאים אלקטרוכימיים פולטי אור לבן יציבים תוך שימוש בפליטה מאקסיפלקסים שנוצרו בין פולימר פלואורן פולט כחול לאמינים ארומטיים.

תקציר

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.

מבוא

מחקר ופיתוח של תאים אלקטרוכימיים פולטי אור פולימריים (PLECs) התרחבו בשנים האחרונות. 1-15 PLECs דומים לדיודות פולטות אור אורגניות (OLED) בכך ששניהם מכשירים אורגניים פולטי פני השטח וצפויים למצוא את דרכם ליישומי תאורה עתידיים. מכשירי OLED כבר קיימים בשוק, אך העלות עדיין גבוהה, אחת הסיבות לכך היא שמכשירי OLED זקוקים למבנה מכשיר מסובך עם מספר שכבות. לעומת זאת, ל-PLECs יש מבנה התקן פשוט מאוד המורכב משכבה פעילה אחת (שכבה פולטת) בין זוג אלקטרודות. המשמעות היא ש-PLECs מתאימים לתהליכי ייצור המוני כגון הדפסה וציפוי מגליל לגליל.

ל-PLEC יש שכבה פעילה המורכבת מפולימר מצומד π פלואורסצנטי (FCP). ניתן לסמם את ה-FCP באופן אלקטרוכימי עם אלקטרוליט פולימרי (תערובת של פולימר מוליך יונים ומלח). ה-FCP מסומם ב-p בצד האנודה ו-n-מסומם בצד הקתודה במהלך הפעולה, ומייצר אקסיטונים הפולטים אור בין אזורי ה-p וה-n-מסוממים. לכן, צבע הפליטה משקף את אורך הגל של פליטת האקסיטון (=פלואורסצנטי) של ה-FCP.

פליטת אור לבן יציבה חשובה ליישומי תאורה, וטכניקות ערבוב צבעים המעסיקות שני פולטים או יותר היו בשימוש נרחב כדי להשיג זאת. 10-14 לאחרונה הצגנו גישה שונה להשגת פליטת אור לבן יציבה, תוך שימוש בשכבה פעילה המכילה פולי פלואורסצנטי כחול (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) ואמינים ארומטיים מצומדיםπ 15. פליטת אור לבן זו מגיעה מאקסיפלקסים הנוצרים בין מולקולות PFD ואמין במצבים נרגשים. לפליטת Exciplex יש ספקטרום רחב יותר בהשוואה לפליטת האקסיטון מה-PDF ו/או האמינים, מה שמעניק לו צבע קרוב לזה של אור טבעי. זה מתורגם לאינדקס עיבוד צבע גבוה יותר (CRI), שהוא עדיף עבור יישומי תאורה.

במאמר זה, המחברים מתארים את ההליך המשמש לייצור ה-LECs המבוססים על אקסיפלקס ומראים את היציבות של פליטת האור הלבן שלהם.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. הכנת פתרונות שכבה פעילות

  1. 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.
    1. 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.
    2. 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.
    3. 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.
    4. סנן פתרון המעורב באמצעות מסנן הממברנה לפני ספין ציפוי.
  2. פתרון שכבה פעיל עבור מכשיר PFD undoped
    1. 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.

  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.
  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.
  3. 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.
  4. ייבש את המצעים המצופים למשך הלילה בתא הכפפות.
  5. לקנח פולימר עודף כדי להבטיח חיבור אלקטרודה נכון אנקפסולציה.
  6. 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.
  7. 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).
  8. לרפא את קרינת UV באמצעות שרף (מינון מצטבר: 6,000 mJ / 2 ס"מ, אורך גל: 365 ננומטר) ממקור אור LED UV.

אפיון 3.

  1. 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.
    1. חברו את מסופי לאנשי הקשר של המכשיר עם קליפים תנין. מניחים את המכשיר על הבמה המדידה.
    2. הפעל את תוכנת בקרה לרכישת נתונים. המערכת שולטת על מתח מיושם ועדכן לאורך זמן ואוספת את ספקטרום הפליטה ידי ספקטרומטר דרך סיב אופטי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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 ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

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.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
פולי (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD)אולדריץ'571660
4,4',4' '-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino] triphenylamine (2-TNATA)Aldrich768669
9,9-Dimethyl-N,N' -di(1-naphthyl)-N,N' -דיפניל-9H-פלואורן-2,7-דיאמין (DMFL-NPB)אולדריץ
פולי (תחמוצת אתילן) (PEO)אולדריץ' 182028
אשלגן טיריפלואורומתאן סולפונאט (KCF<תת>3SO3)אולדריץ'422843מיובש בוואקום ב-200 מעלות; C עבור 2  שעה לפני השימוש
ב- ChloroformKanto Chemical Co.08097-25מיובש
CyclohexanoneKanto Chemical Co.07555-00
SCAT 20-X (חומר ניקוי)Daiichi Kogyo Seiyakuמדולל במים
AcetoneKanto Chemical Co.01866-25גראז' אלקטרוני
2-פרופנולקאנטו כימיקלים ושות'32439-75גראז' אלקטרוני
13 מ"מ GD/X מכשיר מסנן חד פעמי PVDF מסנן מדיה, דיור פוליפרופילןWhatman6872-1304
UV/O3 יחידת טיפולSEN אורות ושות'.SSP16-110
גלאי צילום ספקטרליOtsuka ElectronicsMCPD 9800
צג מקור זרם מתחADCMT6241A
מסכת אידויTokyo Process Service Co., Ltd.נ.אמסכת האידוי הייתה חרוטה רטובה כדי ליצור פתחים לתצהיר מעוצב של אלומיניום. גודל המסכה הוא 100 מ"מ x 100 מ"מ x 0.2  עובי מ"מ.
' .:

מקורות

  1. Pei, Q., Yu, G., Zhang, C., Yang, Y., Heeger, A. J. Polymer light-emitting electrochemical cells. Science. 269 (5227), 1086-1088 (1995).
  2. 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).
  3. Meier, S. B., et al. Light-emitting electrochemical cells: recent progress and future prospects. Mater. Today. 17 (5), 217-223 (2014).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Tang, S., Pan, J., Buchholz, H., Edman, L. White Light-Emitting Electrochemical Cell. ACS Appl. Mater. Interfaces. 3 (9), 3384-3388 (2011).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

תאים אלקטרוכימיים פולימריים פולטי אורפליטת אור לבןהיווצרות אקסיפלקסתערובת PFD ואמיןהליך ציפוי ספין (Spin Coating)שיקוע אלקטרודת אלומיניוםמדידת קואורדינטות CIEמדד כיבוי צבעיםטיפול ב-UV-אוזוןכמיסה בתיבת כפפות (Glove Box)
המצאה של אור לבן פולטות תאים אלקטרוכימיים עם פליטה יציבה מ Exciplexes
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.