Gli autori presentano un metodo per fabbricare celle elettrochimiche stabili che emettono luce bianca utilizzando l'emissione di ecciplex formati tra un polimero di fluorene che emette blu e ammine aromatiche.
È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Articolo metodologico
Fabbricazione di White Light-emitting cellule elettrochimiche con emissione stabile da ecciplessi
In questo articolo
Sommario
Abstract
Gli autori presentano un approccio per fabbricare stabile emissione luce bianca polimero luminescenti celle elettrochimiche (PLECS) avente uno strato attivo che consiste di poli blue-fluorescente (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diile) ( PFD) e molecole trifenilamina π-coniugati. Questa emissione di luce bianca proviene da ecciplessi formati tra PFD e ammine in stati elettronici eccitati. Un dispositivo contenente PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naftil (fenil) ammino] trifenilamina (2-TNATA), poli (ossido di etilene) e K 2 CF 3 SO 3 mostrato emissione di luce bianca con Commission Internationale de l'éclairage (CIE) coordinate di (0,33, 0,43) e un Indice di resa cromatica (CRI) di Ra = 73 ad una tensione applicata di 3,5 V. misure di tensione costante ha dimostrato che coordina il CIE di (0,27, 0,37), Ra di 67, e il colore di emissione osservato immediatamente dopo l'applicazione di una tensione di 5 V erano quasi immutata e stabile dopo300 sec.
Introduzione
La ricerca e lo sviluppo di celle elettrochimiche polimeriche a emissione di luce (PLEC) si sono ampliati negli ultimi anni. I PLEC 1-15 sono simili ai diodi organici a emissione di luce (OLED) in quanto entrambi sono dispositivi organici a emissione superficiale e si prevede che troveranno la loro strada nelle future applicazioni di illuminazione. Gli OLED sono già sul mercato, ma il costo è ancora elevato, uno dei motivi è che gli OLED necessitano di una struttura del dispositivo complicata con più strati. Al contrario, i PLEC hanno una struttura del dispositivo molto semplice che consiste in un singolo strato attivo (strato emettitore) tra una coppia di elettrodi. Ciò significa che i PLEC sono adatti ai processi di produzione di massa come la stampa roll-to-roll e il rivestimento.
Un PLEC ha uno strato attivo costituito da un polimero fluorescente π-coniugato (FCP). L'FCP può essere drogato elettrochimicamente con un elettrolita polimerico (una miscela di un polimero conduttore di ioni e un sale). Durante il funzionamento, l'FCP è drogato con p sul lato dell'anodo e con n sul lato del catodo e genera eccitoni che emettono luce tra le regioni drogate con p e n. Pertanto, il colore di emissione riflette la lunghezza d'onda di emissione dell'eccitone (=fluorescenza) della FCP.
L'emissione stabile di luce bianca è importante per le applicazioni di illuminazione, e le tecniche di miscelazione dei colori che impiegano due o più emettitori sono state ampiamente utilizzate per raggiungere questo obiettivo. 10-14 Recentemente, abbiamo presentato un approccio diverso per ottenere un'emissione stabile di luce bianca, utilizzando uno strato attivo che contiene poli(9,9-di-n-dodecilfluorenil-2,7-diil) (PFD) blu-fluorescente e ammine aromatiche π-coniugate15. Questa emissione di luce bianca proviene da ecciplex formati tra PFD e molecole di ammina in stati eccitati. L'emissione di ecciplex ha uno spettro più ampio rispetto all'emissione di eccitoni dal PDF e/o dalle ammine, il che le conferisce un colore vicino a quello della luce naturale. Ciò si traduce in un indice di resa cromatica (CRI) più elevato, preferibile per le applicazioni di illuminazione.
In questo articolo, gli autori descrivono la procedura utilizzata per fabbricare le LEC basate su exciplex e mostrano la stabilità della loro emissione di luce bianca.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Protocollo
1. preparazione di soluzioni strato attivo
- Soluzione livello attivo per i dispositivi PFD ammine drogato
NOTA: Il PFD, 4,4 ', 4' '- tris [2-naftil (fenil) ammino] trifenilamina (2-TNATA), 9,9-dimetil- N, N' -di (1-naftil) - N , N 'difenil-9H-fluorene-2,7-diammina (DMFL-NPB), poli (ossido di etilene) (PEO), sono stati utilizzati come ricevuti. Il trifluorometansolfonato di potassio (K 2 CF 3 SO 3) è stato essiccato sotto vuoto a 200 ° C per 1 ora prima dell'uso.- Per i dispositivi aventi un PFD: rapporto ammina di 1: 0,25, sciogliere 10 mg di PFD e 2,5 mg di ammina aromatica in 1 ml di cloroformio e agitare per 1 ora a 40 ° C. Per quelle aventi un PFD: rapporto ammina di 1: 1, utilizzare 10 mg di ammina aromatica.
- Separatamente, sciogliere 10 mg di PEO in 1 ml di cicloesanone e agitare per 1 ora a 60 ° C, e sciogliere 2,5 mg di trifluorometansolfonato di potassio (KCF 3 SO 3) in 1ml di cicloesanone e mescolare per 1 ora a 40 ° C.
- Aggiungere 0,78 ml della soluzione di PEO e 0.147 ml della soluzione KCF 3 SO 3 alla soluzione PFD utilizzando micropipette. Agitare la soluzione mista per 4 ore a 40 ° C.
- Filtrare la soluzione mista utilizzando un filtro a membrana prima girare rivestimento.
- Soluzione livello attivo per il dispositivo PFD non drogato
- Per il dispositivo PFD non drogato, sciogliere 10 mg di PFD in 1 ml di cloroformio e agitare per 1 ora a 40 ° C. I passi che seguono sono le stesse di quelle descritte in precedenza per le ammine drogato PFDs in 1.1.2 - 1.1.4.
2. fabbricazione di dispositivi LEC
NOTA: processo di fabbricazione di dispositivi LEC è riassunto in Figura 1.
- Pulire con ultrasuoni fantasia ossido di indio-stagno (ITO) substrati di vetro con un detergente diluito, seguito da acqua ionizzata, acetone e 2-propanolo utilizzando unbath tavolo ultrasuoni (38 kHz) per 3 minuti per ogni passaggio. Infine, rimuovere il solvente utilizzando un soffiatore N 2.
- Trattare i substrati con UV / O 3 per 3 min usando un UV / O 3 trattamento Unità secondo il protocollo del produttore. Eseguire il processo di rivestimento strato attivo in atmosfera inerte in un vano portaoggetti.
- Impostare un substrato pulito sulla testa di un dispositivo a induzione di spin. Dispensare circa 100 ml di soluzione di livello attivo con una micropipetta. Spin substrato come segue: 800 rpm per 60 sec, aumentare il tasso a 1.000 rpm più di 3 secondi, poi girare a 1000 rpm per 10 sec. Lo spessore dello strato attivo sarà di circa 150 nm.
- Asciugare i substrati rivestiti nel vano portaoggetti durante la notte.
- Pulire polimero in eccesso per garantire un collegamento dell'elettrodo corretta e l'incapsulamento.
- Posizionare i supporti su un supporto di evaporazione per deposizione di alluminio. Caricare il supporto nella camera di evaporazione, e depositare uno strato termicamente 100 nm di alluminioad un tasso di evaporazione di 0,4 nm / sec attraverso una maschera di evaporazione in acciaio inox, che ha 3 mm ampie aperture per depositare gli elettrodi contatore alluminio.
- Quando la deposizione è stata completata, trasferire i dispositivi ad un glove box in atmosfera inerte. Applicare uno strato di resina induribile UV epossidica nella forma di un rettangolo utilizzando un dispenser. Posizionare un vetro di copertura (15 mm x 12 mm x 0.7 mm di spessore) sulla resina per incapsulare il dispositivo (vedi Figura 1).
- Curare la resina utilizzando la radiazione UV (dose cumulativa: 6.000 mJ / cm 2, lunghezza d'onda: 365 nm) da una sorgente di luce UV-LED.
3. Caratterizzazione
- misurazioni JVL
NOTA: La densità di corrente (J) -Voltage (V) -luminance (L) (JVL) caratteristiche e le coordinate Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) sono stati misurati usando un fotorilevatore spettrale dotato di un monitor sorgente di corrente tensione continua. Il sistema di misura è controllato da unPC con un software di controllo personalizzato per l'acquisizione dei dati. Il sistema è stato calibrato seguente protocollo del produttore e le misurazioni sono state eseguite nel buio sotto una tenda nera.- Collegare i terminali ai contatti del dispositivo con morsetti a coccodrillo. Posizionare il dispositivo sul palco di misura.
- Eseguire il software di controllo per l'acquisizione dei dati. Il sistema controlla la tensione applicata e la corrente nel tempo e raccoglie gli spettri di emissione dallo spettrometro attraverso una fibra ottica.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Risultati
Il elettroluminescenza (EL) spettri sono stati usati per calcolare le coordinate CIE e valori CRI (Figure 2, 4, 5). Le immagini fotografiche dei dispositivi che emettono sono stati raccolti per verificare la bianchezza delle emissioni (Figura 3).
Gli spettri EL dei dispositivi PFD amminici drogato e non drogato dispositivo PFD sono mostrati in Figura 2. Il dispositivo PFD non ...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Discussione
Il LEC ha uno strato attivo contenente PFD idrofoba e ammine aromatiche, e ossido di polietilene idrofila e KCF 3 SO 3. Poiché questi materiali hanno molto diverse solubilità, accurata preparazione della soluzione di spin coating è fondamentale per evitare solvatazione incompleta. Ciascuno deve essere prima sciolti separatamente e completamente in solventi con capacità di solvatazione sufficiente, allora le soluzioni sono mescolati insieme per formare una miscela uniforme. Bilanciare le emissioni e...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato parzialmente supportato da un Grant-in-Aid per la ricerca scientifica (n ° 24.225.003). Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dalla JX Nippon Oil & Energy Corporation.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Poli(9,9-di-n-dodecilfluorenil-2,7-diil) (PFD) | Aldrich | 571660 | |
| 4,4',4' '-Tris[2-naftil(fenil)ammino] trifenilammina (2-TNATA) | Aldrich | 768669 | |
| 9,9-dimetil-N,N' -di(1-naftil)-N,N' -difenil-9H-fluorene-2,7-diammina (DMFL-NPB) | Aldrich | ||
| Poli(ossido di etilene) (PEO) | Aldrich | 182028 | |
| Potassio tirifluorometansolfonato (KCF3SO3) | Aldrich | 422843 | essiccato sotto vuoto a 200 gradi; C per 2 hr prima di utilizzare |
| Cloroformio | Kanto Chemical Co. | 08097-25 | disidratato |
| Cicloesanone | Kanto Chemical Co. | 07555-00 | |
| SCAT 20-X (detergente) | Daiichi Kogyo Seiyaku | diluito con acqua | |
| Acetone | Kanto Chemical Co. | 01866-25 | Grammatura elettronica |
| 2-propanolo | Kanto Chemical Co. | 32439-75 | Gramma elettronico |
| 13 mm GD/X Dispositivo filtrante monouso Mezzi filtranti in PVDF, alloggiamento in polipropilene Whatman | 6872-1304 | ||
| UV/O3 Unità di trattamento | SEN Lights Co. | SSP16-110 | |
| Rivelatore di foto spettrale | Otsuka Electronics | MCPD 9800 | |
| Monitor della sorgente di corrente di tensione | ADCMT | 6241A | |
| Maschera di evaporazione | Tokyo Process Service Co., Ltd. | NA | La maschera di evaporazione è stata incisa a umido per creare aperture per la deposizione modellata di alluminio. La dimensione della maschera è 100 mm x 100 mm x 0,2 mm di spessore. |
Riferimenti
- Pei, Q., Yu, G., Zhang, C., Yang, Y., Heeger, A. J. Polymer light-emitting electrochemical cells. Science. 269 (5227), 1086-1088 (1995).
- 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. White Light-Emitting Electrochemical Cell. ACS Appl. Mater. Interfaces. 3 (9), 3384-3388 (2011).
- 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).
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Ristampe e permessi
