Você não pode ver a olho nu, mas um novo diodo emissor de luz orgânica fluorescente (OLED) poderia lançar luz sobre o desenvolvimento de aplicações inovadoras em dispositivos como smartphones e telas de televisão que usam luz quase infravermelha. Criado através do trabalho combinado de engenheiros da Polytechnique Montréal e químicos da Université de Montréal, este OLED fluorescente é 300% mais eficiente do que os OLEDs existentes em sua categoria. A equipe de pesquisa publicou recentemente detalhes na revista Materiais Funcionais Avançados .

Em contraste com os diodos emissores de luz convencionais (LEDs) - que geram fótons usando cristais semicondutores perfeitamente montados - os OLEDs emitem luz através do uso de moléculas orgânicas compostas de carbono, azoto, e oxigênio. Já em uso em telas de smartphones e televisões de última geração, A tecnologia OLED já está bem estabelecida. No entanto, apesar da adoção pela indústria, desafios importantes ainda precisam ser superados para levar essa tecnologia adiante.

Nesse exemplo, os OLEDs azuis enfrentam problemas de estabilidade, o que leva a uma degradação muito mais rápida do que suas contrapartes verdes e vermelhas. Do outro lado do espectro, OLEDs infravermelhos tendem a ser muito ineficientes, em vez de emitir fótons em comprimentos de onda infravermelhos (criando assim luz), as moléculas excitadas preferem perder sua energia por meio da vibração.

"À medida que o comprimento de onda de emissão é empurrado para o que é considerado infravermelho, torna-se mais difícil desenvolver emissores eficientes, explica o professor Stéphane Kéna-Cohen do Departamento de Engenharia Física da Polytechnique Montréal. "Muito poucos materiais orgânicos emitem eficientemente nesta região (infravermelho) do espectro."

O professor Kéna-Cohen e sua equipe conseguiram encontrar uma maneira de reduzir a energia desperdiçada em OLEDs infravermelhos compostos de moléculas puramente orgânicas. Professor de Química William G. Skene (Université de Montréal), desenvolveu dois novos compostos orgânicos para criar este novo OLED. O emissor de infravermelho próximo foi inspirado por uma classe de moléculas usadas anteriormente para imagens biomédicas - que agora torna possível projetar um OLED totalmente orgânico com propriedades incomparáveis.

Luz de trigêmeos "escuros"

Quando uma molécula orgânica é excitada por uma corrente elétrica, ele se encontra em um de dois estados quânticos:um singleto ou um tripleto. Para a maioria das moléculas orgânicas, apenas o estado singlet produzirá luz utilizável. Para que os trigêmeos gerem fótons de maneira eficiente, átomos de metais pesados ​​precisam ser introduzidos na estrutura molecular, aumentando o custo de produção de OLEDs.

Professora Kéna-Cohen, Professor Skene, e sua equipe encontrou uma maneira de aproveitar a energia tripla sem depender de átomos de metal. Sua solução inovadora? Eles projetaram uma molécula orgânica onde os estados singleto e tripleto têm níveis de energia muito semelhantes, permitindo que os tripletos sejam transformados em singletes emissivos por meio de um processo denominado fluorescência retardada termicamente ativada (TDAF).

Com seu pico de emissão em um comprimento de onda de 840 nm, o OLED projetado pela equipe de pesquisa mostrou uma eficiência quântica de 3,8%. Este último corresponde à porcentagem de elétrons circulando em todo o dispositivo, elétrons que são então convertidos em luz utilizável. É um novo recorde mundial para OLEDs totalmente orgânicos emitindo acima de 800 nm - excedendo a eficiência dos melhores OLEDs fluorescentes em mais de 300% - e alcançando valores comparáveis ​​aos de OLEDs contendo moléculas à base de platina.

Novas possibilidades em aplicações biomédicas, reconhecimento facial

A eficiência excepcional do novo OLED torna viável finalmente considerar a integração de OLEDs infravermelhos com tecnologias de display existentes - como smartphones.

"Uma característica distintiva dos OLEDs é a capacidade de fabricar dispositivos diretamente em vidro ou plástico, e em grandes áreas - em total contraste com os LEDs convencionais. Isso permite que os OLEDs sejam usados ​​em aplicações que seriam impossíveis para os LEDs, "explica a professora Kéna-Cohen.

"Uma das maiores vantagens dos OLEDs é seu baixo custo de fabricação, "continua a professora Kéna-Cohen." No entanto, a maioria dos OLEDs ainda contém metais caros, como platina ou irídio, o que é problemático em termos de custo e sustentabilidade. Nosso dispositivo usa moléculas puramente orgânicas. "

O professor da Polytechnique Montreal também observou que a ausência de emissão de luz visível dos OLEDs infravermelhos criados por sua equipe de pesquisa também permitiria seu uso em comunicação sem fio baseada em luz (Li-Fi). A professora Kéna-Cohen também destaca que esses OLEDs que quebram recordes mundiais podem ser usados ​​para aplicações biomédicas, para reconhecimento facial, ou para fotografia noturna.

"iPhones já usam lasers infravermelhos para algumas funções de reconhecimento facial e foco automático - esses são os tipos de aplicativos em que os OLEDs infravermelhos podem ser úteis, "observa a professora Kéna-Cohen.