Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wytwarzanie białych ogniw elektrochemicznych emitujących światło ze stabilną emisją z ekscypleksów

7.7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54628

⸱

15 listopada 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

W tym artykule

Podsumowanie

Autorzy prezentują metodę wytwarzania stabilnych ogniw elektrochemicznych emitujących białe światło, wykorzystując emisję z ekscypleksów powstałych pomiędzy emitującym niebieski polimer fluorenu a aminami aromatycznymi.

Streszczenie

Autorzy prezentują podejście do wytwarzania stabilnej emisji białego światła z polimerowych ogniw elektrochemicznych emitujących światło (PLEC) posiadających aktywną warstwę, która składa się z niebiesko-fluorescencyjnych cząsteczek poli(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) i π-sprzężonych cząsteczek trifenyloaminy. Ta emisja światła białego pochodzi z ekscypleksów powstałych między PFD a aminami w stanach wzbudzonych elektronicznie. Urządzenie zawierające PFD, 4,4',4''-tris[2-naftylo(fenylo)amino]trifenyloaminę (2-TNATA), poli(tlenek etylenu) i K2CF3SO3 wykazało emisję światła białego o współrzędnych Commission internationale de l'éclairage (CIE) wynoszących (0,33, 0,43) i wskaźniku oddawania barw (CRI) Ra = 73 przy przyłożonym napięciu 3,5 V. Pomiary stałego napięcia wykazały, że współrzędne CIE (0,27, 0,37), Ra wynoszące 67, a barwa emisji obserwowana bezpośrednio po przyłożeniu napięcia 5 V były prawie niezmienione i stabilne po 300 sekundach.

Wprowadzenie

Badania i rozwój polimerowych ogniw elektrochemicznych emitujących światło (PLEC) rozwinęły się w ostatnich latach. 1-15 PLEC są podobne do organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED), ponieważ oba są organicznymi urządzeniami emitującymi powierzchnię i oczekuje się, że znajdą zastosowanie w przyszłych zastosowaniach oświetleniowych. Diody OLED są już dostępne na rynku, ale ich koszt jest nadal wysoki, między innymi dlatego, że diody OLED wymagają skomplikowanej struktury urządzenia z wieloma warstwami. W przeciwieństwie do tego, PLEC mają bardzo prostą konstrukcję urządzenia, która składa się z pojedynczej warstwy aktywnej (warstwy emitującej) pomiędzy parą elektrod. Oznacza to, że PLEC nadają się do procesów produkcji masowej, takich jak druk i powlekanie z roli na rolę.

A PLEC ma aktywną warstwę składającą się z fluorescencyjnego polimeru sprzężonego π (FCP). FCP może być domieszkowany elektrochemicznie elektrolitem polimerowym (mieszanina polimeru przewodzącego jony i soli). FCP jest domieszkowany p po stronie anody i domieszkowany n po stronie katody podczas pracy i generuje ekscytony, które emitują światło między obszarami domieszkowanymi p i n. W związku z tym kolor emisji odzwierciedla długość fali emisji ekscytonów (= fluorescencji) FCP.

Stabilna emisja białego światła jest ważna dla zastosowań oświetleniowych, a techniki mieszania kolorów, które wykorzystują dwa lub więcej emiterów, były szeroko stosowane do osiągnięcia tego celu. 10-14 Ostatnio zaprezentowaliśmy inne podejście do uzyskiwania stabilnej emisji światła białego, wykorzystujące warstwę aktywną, która zawiera niebiesko-fluorescencyjną poli(9,9-di-n-dodecylfluorenylo-2,7-diyl) (PFD) i π-sprzężone aminy aromatyczne15. Ta emisja białego światła pochodzi z ekscypleksów utworzonych między cząsteczkami PFD i aminy w stanach wzbudzonych. Emisja ekscypleksu ma szersze spektrum w porównaniu z emisją ekscytonów z PDF i/lub amin, co nadaje jej barwę zbliżoną do koloru światła naturalnego. Przekłada się to na wyższy współczynnik oddawania barw (CRI), który jest preferowany w zastosowaniach oświetleniowych.

W tym artykule autorzy opisują procedurę używaną do wytwarzania LEC na bazie ekscypleksu i pokazują stabilność ich emisji światła białego.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Przygotowanie roztworów warstw aktywnych

  1. Roztwór warstwy aktywnej dla urządzeń PFD domieszkowanych aminami
    UWAGA: PFD, 4,4',4''-tris[2-naftylo(fenylo)amino]trifenyloamina (2-TNATA), 9,9-dimetylo-N,N'-di(1-naftylo)-N,N'-difenylo-9H-fluoren-2,7-diamina (DMFL-NPB), poli(tlenek etylenu) (PEO), zostały użyte w takiej postaci, w jakiej otrzymano. Trifluorometanosulfonian potasu (K2CF3SO3) suszono w próżni w temperaturze 200 °C przez 1 godzinę przed użyciem.
    1. W przypadku urządzeń o stosunku PFD do aminy 1:0,25 rozpuścić 10 mg PFD i 2,5 mg aminy aromatycznej w 1 ml chloroformu i mieszać przez 1 godzinę w temperaturze 40 °C. Dla tych, u których stosunek PFD do aminy wynosi 1:1, użyj 10 mg aminy aromatycznej.
    2. Oddzielnie rozpuścić 10 mg PEO w 1 ml cykloheksanonu i mieszać przez 1 godzinę w temperaturze 60 °C, a następnie rozpuścić 2,5 mg trifluorometanosulfonianu potasu (KCF3SO3) w 1 ml cykloheksanonu i mieszać przez 1 godzinę w temperaturze 40 °C.
    3. Za pomocą mikropipet dodać 0,78 ml roztworu PEO i 0,147 ml roztworu KCF3SO3 do roztworu PFD. Mieszać roztwór przez 4 godziny w temperaturze 40 °C.
    4. Przefiltrować zmieszany roztwór za pomocą filtra membranowego przed wirowaniem.
  2. Roztwór warstwy aktywnej dla nieoszlifowanego urządzenia PFD
    1. W przypadku nieoczyszczonego urządzenia PFD rozpuścić 10 mg PFD w 1 ml chloroformu i mieszać przez 1 godzinę w temperaturze 40 °C. Następujące kroki są takie same, jak te opisane wcześniej dla PFD domieszkowanych aminami w 1.1.2 - 1.1.4.

2. Produkcja urządzeń LEC

UWAGA: Proces produkcji urządzeń LEC jest podsumowany na rysunku 1.

  1. Ultradźwiękowo czyste podłoża ze szkła indowo-cynowego (ITO) z rozcieńczonym detergentem, a następnie wodą jonizowaną, acetonem i 2-propanolem za pomocą stacjonarnej kąpieli ultradźwiękowej (38 kHz) przez 3 minuty na każdym etapie. Na koniec usunąć rozpuszczalnik za pomocą dmuchawyN2.
  2. Podłoża należy traktować UV/O3 3 przez 3 minuty za pomocą urządzenia do obróbki UV/O3 zgodnie z protokołem producenta. Proces powlekania warstwą aktywną należy przeprowadzić w atmosferze obojętnej w komorze rękawicowej.
  3. Umieść oczyszczone podłoże na głowicy powlekarki wirowej. Dozować około 100 μl roztworu warstwy aktywnej za pomocą mikropipety. Wiruj podłoże w następujący sposób: 800 obr./min przez 60 sekund, zwiększ prędkość do 1,000 obr./min w ciągu 3 sekund, a następnie wiruj z prędkością 1,000 obr./min przez 10 sekund. Grubość warstwy czynnej wyniesie około 150 nm.
  4. Pokryte podłoże wysuszyć w schowku na rękawiczki przez noc.
  5. Zetrzyj nadmiar polimeru, aby zapewnić prawidłowe połączenie elektrod i hermetyzację.
  6. Umieść podłoża na uchwycie do parowania w celu osadzenia aluminium. Załaduj uchwyt do komory parowania i zanurz termicznie warstwę aluminium o długości 100 nm z szybkością parowania 0,4 nm/s przez maskę parowania ze stali nierdzewnej, która ma otwory o szerokości 3 mm do osadzania aluminiowych przeciwelektrod.
  7. Po zakończeniu osadzania przenieść urządzenia do komory rękawicowej w atmosferze obojętnej. Nałóż warstwę żywicy epoksydowej utwardzanej promieniami UV w kształcie prostokąta za pomocą dozownika. Umieść szkło nakrywkowe (o wymiarach 15 mm x 12 mm x 0.7 mm grubości) na żywicy, aby otoczyć urządzenie (patrz rysunek 1).
  8. Żywicę utwardzić za pomocą promieniowania UV (dawka skumulowana: 6 000 mJ/cm2, długość fali: 365 nm) ze źródła światła UV-LED.

3. Charakterystyka

  1. Pomiary J-V-L
    UWAGA: Charakterystyki gęstości prądu (J)-napięcia (V)-luminancji (L) (J-V-L) oraz współrzędnych Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) zmierzono za pomocą fotodetektora spektralnego wyposażonego w monitor źródła prądu napięciowego DC. System pomiarowy jest sterowany przez komputer PC z niestandardowym oprogramowaniem sterującym do akwizycji danych. System został skalibrowany zgodnie z protokołem producenta, a pomiary zostały wykonane w ciemności pod czarną kurtyną.
    1. Podłącz zaciski do styków urządzenia za pomocą zacisków krokodylkowych. Umieść urządzenie na stoliku pomiarowym.
    2. Uruchom oprogramowanie sterujące w celu akwizycji danych. System kontroluje przyłożone napięcie i prąd w czasie i zbiera widma emisyjne przez spektrometr za pośrednictwem światłowodu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Widma elektroluminescencji (EL) wykorzystano do obliczenia współrzędnych CIE oraz wartości CRI (Rysunki 2, 4, 5). Wykonano zdjęcia fotograficzne emitujących urządzeń, aby zweryfikować biel emisji (Rysunek 3).

Widma EL urządzeń z PFD domieszkowanego aminami oraz urządzenia z niedomieszkowanym PFD przedstawiono na Rysunku 2. Urządzenie z niedomieszkowanym PFD wykazało emisję niebi...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

LEC posiada warstwę aktywną zawierającą hydrofobowe PFD i aminy aromatyczne oraz hydrofilowy tlenek polietylenu i KCF3SO3. Ponieważ materiały te mają bardzo różne rozpuszczalności, staranne przygotowanie roztworu do powlekania wirowego ma kluczowe znaczenie dla uniknięcia niepełnej solwatacji. Każdy z nich musi być najpierw rozpuszczony oddzielnie i całkowicie w rozpuszczalnikach o wystarczającej zdolności solwatacji, a następnie roztwory miesza się ze sobą, tworząc jednolitą mieszaninę. Zrównoważen...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Ta praca była częściowo wspierana przez Grant-in-Aid na badania naukowe (nr 24225003). Prace te były wspierane finansowo przez JX Nippon Oil & Energy Corporation.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Poli(9,9-di-n-dodecylfluorenylo-2,7-diyl) (PFD)Aldrich571660
4,4',4' '-Tris[2-naftylo(fenylo)amino]trifenyloamina (2-TNATA)Aldrich768669
9,9-dimetylo-N,N' -di(1-naftylo)-N,N' -difenylo-9H-fluoro-2,7-diamina (DMFL-NPB)Aldrich
Poli(tlenek etylenu) (PEO)Aldrich182028
Tirifluorometanosulfonian potasu (KCF3SO3)Aldrich422843suszony w próżni w temperaturze 200 ° C dla 2  godz. przed użyciem
ChloroformKanto Chemical Co.08097-25odwodniony
cykloheksanonKanto Chemical Co.07555-00
SCAT 20-X (detergent)Daiichi Kogyo Seiyakurozcieńczony wodą
AcetonKanto Chemical Co.01866-25Elektroniczny grage
2-propanolKanto Chemical Co.32439-75Elektroniczne grage
13 mm GD / X Jednorazowe urządzenie filtrujące Media filtracyjne PVDF, obudowa polipropylenowaWhatman6872-1304
UV / O3< / sub> Jednostka zabiegowaSEN Lights Co.SSP16-110
Spektralny detektor zdjęćOtsuka ElectronicsMCPD 9800
Monitor źródła prądu napięciowegoADCMT6241A Maska
parowaniaTokyo Process Service Co., Ltd.NAMaska parowania została wytrawiona na mokro, aby stworzyć otwory do wzorzystego osadzania aluminium. Rozmiar maski to 100 mm x 100 mm x 0,2  o grubości mm.

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Polimerowe elektrochemiczne ogniwa emitujące światłoemisja białego światłatworzenie ekscypleksumieszanina PFD i aminyprocedura nanoszenia metodą spin coatinguosadzanie elektrody aluminiowejpomiar współrzędnych CIEwskaźnik oddawania barwtraktowanie ozonem UVhermetyzacja w komorze rękawicowej
Wytwarzanie białych ogniw elektrochemicznych emitujących światło ze stabilną emisją z ekscypleksów
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.