A emissão luminescente na forma de fosforescência ocorre comumente na vida diária como resultado de uma probabilidade de transição mecanicamente pequena. Uma vida de emissão luminescente pode durar de microssegundos a várias horas. Popularmente conhecido por seu uso em produtos que brilham no escuro e como iluminantes de sinalização de emergência em prédios públicos, também é um método prático para armazenamento de informações, incluindo detecção e verificação de carimbo. Embora atualmente existam métodos de fabricação fáceis e econômicos para projetar sistemas de fosforescência usando emissores orgânicos, alcançar fosforescência orgânica visível sob condições ambientais em laboratório para tradução industrial é um desafio.

Em um estudo recente, agora publicado em Avanços da Ciência , Max Gmelch e colegas da Universidade de Tecnologia de Dresden relatam um novo marco na rotulagem luminescente orgânica. Por esta, eles usaram uma estrutura de dispositivo simples feita de materiais comumente disponíveis para gerar ultrafinos, revestimentos luminescentes flexíveis e transparentes. O dispositivo de rotulagem resultante foi rápido, com capacidade de imprimir mais de 40 ciclos de informações em qualquer substrato de qualquer tamanho, em alta resolução. Os cientistas usaram a luz sozinha, sem tinta, para imprimir uma mensagem luminescente no material. O processo sem contato também pode apagar a imagem do mesmo material. O conceito representa um método promissor para produzir tags luminescentes sob demanda para armazenar informações e substituir as técnicas convencionais de rotulagem.

No estudo, Gmelch et al. usou uma camada de material emissor ultrafino com uma espessura de 900 nm, contendo predominantemente poli (metacrilato de metila) (PMMA), também conhecido como vidro acrílico. Eles incluíram uma molécula convidada conhecida como NPB (N, N'-di (1-naftil) N, N'-difenil- (1, 1'-bifenil) -4, 4'-diamina), um material de transporte de buraco comumente disponível (extração e transporte de carga) usado na tecnologia de diodo orgânico emissor de luz (OLED). Os cientistas projetaram o revestimento translúcido fino para rotulagem luminescente, combinando os dois materiais (PMMA:NPB). Dependendo do substrato de interesse, o revestimento também pode ser usado em uma variedade de superfícies diferentes por meio de revestimento por rotação, revestimento por pulverização ou revestimento por imersão.

Os cientistas observaram longa duração, fosforescência à temperatura ambiente devido ao acoplamento de spin orbit moderado e compactação densa dos polímeros PMMA na ausência de oxigênio. Analogamente, para evitar a exposição da camada de emissão de fosforescência ao oxigênio, Gmelch et al. depositou uma camada de barreira ao oxigênio de 600 nm de espessura no topo da amostra. Contudo, já que os cientistas fabricaram as amostras em condições ambientais, a camada emissora continha oxigênio molecular.

Após excitação com luz UV (comprimento de onda de 365 nm), as moléculas de NPB alcançaram seu estado singlete excitado (S ₁ ), a partir do qual eles decaíram de volta ao estado fundamental para emitir fluorescência, ou povoou o estado triplo animado T ₁ através do cruzamento intersistemas (um processo de transição sem radiação entre dois estados eletrônicos com spin diferente). Os níveis de energia experimentais observados ajustam-se bem aos valores da literatura. Uma abordagem promissora para rotulagem baseada em luz envolve a remoção local de oxigênio molecular usando irradiação UV. Contudo, esta técnica só foi relatada em solução até agora. No presente trabalho, Gmelch et al. implementou a técnica no filme sólido fino fabricado.

Nesse caso, os cientistas excitaram experimentalmente o emissor NPB para o estado tripleto (T ₁ ) a partir do qual foram extintos pela interação com o estado fundamental do trio de oxigênio molecular (T ₀ ) Por design, a densidade de oxigênio singlete excitado resultante diminuiu ao interagir com o ambiente local do emissor, ou seja, através da oxidação do material PMMA nos pontos de iluminação, dando origem a fosforescência. A emissão foi imediatamente visível por um longo tempo de vida de τ =406 ms, após desligar a iluminação UV. O processo descrito por Gmelch et al. assim, ativou a luminescência pela primeira vez removendo o oxigênio de dentro de uma película fina. Eles usaram a tecnologia de consumo de oxigênio dependente de luz ultravioleta como uma ferramenta de escrita para criar uma imagem em um substrato / material.

As imagens fosforescentes podiam ser apagadas tão rápida e facilmente aplicando luz infravermelha (IV) com comprimento de onda de 4 µm por aproximadamente um minuto. Neste caso, a radiação foi absorvida pelo PMMA, e a temperatura aumentou aproximadamente para cerca de 90 graus C a 100 graus C, que foi baixo o suficiente para manter a estabilidade térmica de todos os materiais usados ​​no estudo. A solidez das camadas do material foi bem conservada durante todo o processo de apagamento, enquanto outros ciclos de gravação e exclusão foram subsequentemente permitidos.

Gmelch et al. observaram a diminuição da intensidade da fosforescência durante cada ciclo devido ao fotobranqueamento (degradação das moléculas emissoras) e ao consumo de oxigênio (devido ao aumento das perdas não radiativas devido à mudança da matriz). Ainda, mesmo depois de 40 ciclos, a taxa de emissão atingiu 40% de seu valor inicial - suficientemente detectável a olho nu ou câmera.

Os valores de intensidade da luz e o tempo necessário para iluminação apresentados no estudo foram muito inferiores aos exigidos pelas técnicas anteriores, com potencial para aplicações industriais viáveis. O estudo também mostrou que uma barreira imperfeita de oxigênio pode levar ao reaparecimento do oxigênio nas áreas ativadas com o tempo. O tempo necessário para o desaparecimento da fosforescência depende da espessura da camada de barreira ao oxigênio.

Por exemplo, uma camada spin-revestida com espessura de 600 nm apresentou fosforescência por até cinco horas, enquanto aqueles com filmes de barreira ao oxigênio mais espessos (35 a 40 µm) estenderam o fenômeno para mais de um dia. Os cientistas poderiam aumentar os prazos de retenção com um material de barreira aprimorado ou aumentando ainda mais a espessura do material. Para apagar rapidamente uma impressão, os cientistas usaram o reabastecimento de oxigênio por meio do aquecimento acelerado da amostra com infravermelho ou uma placa de aquecimento simples. Tal como acontece com a impressão, o tempo necessário para a deleção da fosforescência dependia da espessura da camada barreira e da temperatura.

Os cientistas testaram uma variedade de materiais de substrato como superfícies para iluminação de fosforescência. O trabalho incluiu fotografias habituais com o horizonte da cidade de Nova York para aplicação em grandes áreas. Uma vez que o revestimento de emissão era totalmente invisível quando inativo, os materiais serviram como substrato para projeção de legenda sob demanda programável. Gmelch et al demonstraram ainda a maior transparência do revestimento em comparação com o vidro puro (1 mm).

Desta maneira, Gmelch et al. percebeu um método óptico totalmente acessível para escrita, ler e apagar em um material para armazenamento de informações. O trabalho mostrou a possibilidade de etiquetagem e leitura sem contato repetível com uma resolução além da qualidade de impressora comumente observada. Gmelch et al. propor o uso de processos altamente escaláveis ​​para a fabricação de materiais a seguir. A resolução de leitura no trabalho foi suficiente para armazenar uma profundidade de informação de 7 kB cm ^-2 , que é igual a cinco páginas de texto simples. A técnica abre um novo caminho para o armazenamento de informações, além da codificação permanente de dados com baixo custo e alta escala. O novo trabalho terá potencial prático na área de logística industrial (etiquetagem, rastreamento e transporte).

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