Diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) são usados ​​em smartphones e televisores para facilitar a exibição de cores em alto contraste. Polímeros conjugados também são freqüentemente empregados como semicondutores orgânicos em tais diodos. Pesquisadores da Universidade de Bayreuth descobriram como a estrutura espacial desses polímeros pode ser usada para controlar as cores dos OLEDs e ajudar a aumentar o brilho dos monitores. Eles agora apresentam este mecanismo até então desconhecido na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences .

Polímeros com uma espinha dorsal:estruturas espaciais determinam a cor da luz

Os polímeros que são adequados para uso em diodos emissores de luz orgânicos desempenham um papel central nas novas descobertas da pesquisa. Graças à cadeia formada pela conexão de blocos de construção moleculares, eles possuem uma espinha dorsal. Se os polímeros forem então expostos a um feixe de laser, eles absorvem a luz e a armazenam como energia de excitação. Essa energia se espalha ao longo da espinha dorsal. Pouco depois disso, é liberado pela emissão de luz.

Até agora, havia sido assumido que a cor da luz emitida depende de quão longe a energia de excitação se espalha ao longo dos polímeros:supostamente, quanto mais curvados eram os polímeros, quanto menor a distância pela qual a energia se espalhou. Contudo, os cientistas em Bayreuth agora refutaram essa suposição. Os polímeros que estudaram têm estruturas que são quimicamente idênticas e dobradas em diferentes graus, mas a energia de excitação sempre se espalha pela mesma distância. Polímeros curvados emitem luz verde ou azul, enquanto os polímeros alongados irradiam luz amarela ou vermelha. “Quando esses polímeros vierem a ser usados ​​em diodos emissores de luz orgânicos, suas várias estruturas espaciais podem ser utilizadas para controlar com precisão a cor da luz emitida pelos OLEDs, "explicou o físico Dominic Raithel (M.Sc.), autor principal do artigo que agora foi publicado em PNAS .

Os pesquisadores em Bayreuth também descobriram que os polímeros alongados possuem uma estrutura formada por suas cadeias laterais, que estabiliza a estrutura alongada. "Isso resulta em uma vantagem especial para diodos emissores de luz:quando polímeros alongados são colocados em camadas um sobre o outro, os andaimes fornecem estabilidade. A emissão óptica não é assim enfraquecida ", disse Raithel, que recentemente concluiu sua dissertação no grupo de treinamento em pesquisa financiado pela DFG da Universidade de Bayreuth "Fotofísica de Sistemas Multichromofóricos Sintéticos e Biológicos". Nesse contexto, materiais orgânicos naturais e sintéticos são estudados em estreita cooperação interdisciplinar. Por exemplo, os físicos experimentais Prof. Dra. Anna Köhler e Prof. Dr. Jürgen Köhler juntamente com o Prof. Dr. Mukundan Thelakkat, especialista em polímeros funcionais, estavam envolvidos nos novos experimentos.

Uma interação transatlântica de teoria e experimento

As investigações experimentais comparativas de polímeros fizeram uso de diferentes tipos de métodos de espectroscopia. "Um fator decisivo foi a espectroscopia de molécula única em temperaturas muito baixas, para o qual Bayreuth nos forneceu sua infraestrutura de alto desempenho. Usando este método, fomos capazes de determinar a cor da luz emitida e, finalmente, a extensão da energia de excitação sobre os polímeros em cadeia, "explicou o Dr. Richard Hildner, que coordenou a pesquisa na Universidade de Bayreuth.

Os cientistas em Bayreuth trabalharam em conjunto com um grupo de pesquisa da Rice University em Houston, Texas. A Dra. Lena Simine e o Prof. Dr. Peter J. Rossky realizaram cálculos extensivos sobre o impacto das estruturas poliméricas na cor da luz emitida. A ligação de métodos experimentais e teóricos levou a percepções sobre as estruturas espaciais de cadeias de polímeros individuais, o que teria sido impossível usando as técnicas de imagem tradicionais.