משפחה חדשה של חומרים פולטי אור

תרכובות אורגניות טהורות המעניקות לאבני-החן את צבעיהן הזוהרים, תוכלנה להוביל לפיתוחם של צגי מסך זולים, גמישים ויעילים יותר, כדוגמא לאחד מהיישומים האפשריים עבורן

המדען Jinsang Kim מאוניברסיטת מישיגן, וצוות עמיתיו החוקרים, פיתחו משפחה חדשה של חומרים הזוהרים יחד עם זַרְחוֹרָנוּת (פוֹסְפוֹרֶסֶנְטִיּוּת, phosphorescence, וויקיפדיה) – תכונה שנראתה בעבר בתרכובות אי-אורגניות או אורגנו-מתכתיות.

החוקרים הכינו גבישים אורגניים נטולי-מתכת הצבועים לבן באור נראה, ואשר זוהרים בצבעי כחול, ירוק, צהוב וכתום בחשיפה לקרינה על-סגולה. ע"י שינוי הרכבו הכימי של החומר, החוקרים מסוגלים להכין גבישים אשר פולטים צבעים שונים. החומרים הקורנים החדשים יוכלו לשפר את הדיודות פולטות האור האורגניות (OLEDs) הקיימות היום בשוק המסחרי וכן התקני אור אחרים. דיודות כאלו משמשות בצגים זעירים המצויים בטלפונים ניידים ובמצלמות. כיום, הן עדיין לא מתאימות לשימוש מעשי בצגים גדולים יותר בשל שיקולי עלויות החומרים והייצור. הדיודות האורגניות כיום אינן אורגניות לחלוטין, כלומר הן אינן מורכבות מתרכובות פחמן בלבד. החומרים האורגניים המשמשים בדיודות אלו מעורבבים יחד עם מתכת לשם קבלת התכונה הרצויה.

"חומרים אורגניים לחלוטין לא הצליחו לגרום לפליטה זוהרת משמעותית. אנו סבורים כי זוהי הדוגמא הראשונה אי-פעם של חומר אורגני המסוגל להיות תחרותי יחסית לחומרים אורגנו-מתכתיים בכל הקשור לבהירות וליכולת כוונון הצבע," אמר החוקר הראשי, פרופסור למדעי החומרים ולהנדסה, להנדסה כימית ולהנדסה ביורפואית. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Nature Chemistry.

החומר הזוהר החדשני מפגין "יעילות קוונטית" של 55 אחוזים. יעילות קוונטית, מדד ליעילותו ובהירותו של חומר, מתייחסת לכמות האנרגיה שהאלקטרון מפזר ברגע שאור, במקום חום, דועך מרמה אנרגטית מעוררת לרמת היסוד. לתרכובות אורגניות לחלוטין נוכחיות יש יעילות קוונטית של אפס בעיקרה.

בחומר החדשני של החוקרים, האור מגיח ממולקולות של חמצן ופחמן הידועות בשם "קרבונילים ארומאטיים", תרכובות המייצרות זַרְחוֹרָנוּת, אולם היא חלושה ומתרחשת רק בתנאים מיוחדים כגון טמפרטורות נמוכות במיוחד. העובדה המייחדת את החומרים החדשים טמונה בכך שהקרבונילים הארומאטיים יוצרות קשרי הלוגן חזקים עם הלוגנים אחרים המצויים בגביש לקבלת חיבור חזק. סידור ייחודי זה מפחית את אובדני אנרגית החום והתנודות כאשר האלקטרונים המעוררים חוזרים מטה למצב הבסיסי, תוך יצירת זהירה חזקה. השיטה החדשה מספקת דרך קלה יותר להכנת חומרים אורגניים הזוהרים בצבע כחול, שהינם קשים הרבה יותר להכנה ע"י חומרים אורגנו-מתכתיים.

דיודות אורגניות פולטות אור קלות וזולות יותר להכנה מאשר מקביליהם הלא-אורגניים, המורכבים בעיקר מחומרים קראמיים. למרות זאת, דיודות אורגניות פולטות אור קיימות מכילות עדיין מתכות יקרות. התרכובות החדשות עשויות להוזיל את העלויות עוד יותר מכיוון שהן אינן מחייבות שימוש במתכות יקרות ערך. הן מורכבות בעיקר מהיסודות הזולים יחסית פחמן, חמצן, כלור וברום.

"זו אומנם תחילת הדרך, אולם אנו צופים כי לא ירחק היום שבו החומרים החדשניים והפשוטים שלנו יהיו זמינים מסחרית עבור יישומי התקנים, ויאפשרו התקדמות רבה בתעשיית הדיודות פולטות האור בזכות העלויות הנמוכות של החומרים והייצור, וכן בשל היכולת הקלה להשיג תכונות וצבעים רצויים," מציין החוקר.

הידיעה על המחקר