Complejo molecular de "carrusel" hará pantallas OLED dos veces más brillantes

Las pantallas con LED orgánicos se distinguen de otros tipos modernos de pantallas (plasma y cristal líquido) por un mayor brillo, contraste y menor consumo de energía. Sin embargo, las pantallas OLED son más caras. Además, las materias primas para su producción (polímeros conductores) son tóxicas, lo que crea dificultades en la producción y eliminación.

Para reducir el costo de las pantallas OLED y eliminar las materias primas tóxicas,  se puede usar compuestos complejos luminiscentes en lugar de polímeros, los primeros siendo moléculas donde pequeños fragmentos orgánicos rodean el ion metálico central. Pero hasta ahora no ha sido posible seleccionar complejos que muestren una clara ventaja en brillo y economía sobre los polímeros. Los compuestos suficientemente efectivos basados en iridio o platino eran muy caros, y los complejos más baratos con iones de metales de transición no eran suficientemente efectivos.

El químico de la RUDN Alexander Smolyakov, empleado del Centro Científico "Grupo de Síntesis Direccional de Compuestos Naturales", ha descubrido un compuesto que hará que las pantallas OLED sean mucho más brillantes y económicas que las de polímero. Los centros de estos complejos no eran platino o iridio, sino cobre y plata más baratos, que también resultaron ser más efectivos y menos tóxicos que los polímeros.

El investigador sintetizó una molécula en el centro de la cual no hay una, sino solo tres iones de cobre o plata monovalente. Para evitar que esta estructura de tres iones metálicos se descomponga, el químico la estabilizó utilizando derivados de pirazol, moléculas aromáticas con dos átomos de nitrógeno en el ciclo, y utilizó moléculas de organofosforados como ligandos (es decir, las moléculas donadoras de electrones que rodean el ion). En este caso, los iones de cobre y plata monovalentes forman un núcleo de tres centros en forma de triángulo, y los ligandos se unen al núcleo a través de átomos de fósforo y permanecen bastante móviles.

A temperatura ambiente, la energía de las vibraciones térmicas es suficiente para romper el enlace entre el fósforo y el metal por un corto tiempo. Sin embargo, hay dos átomos de fósforo en la molécula, y tres átomos de metal, por lo que uno de los átomos de metal siempre permanece sin un par y, en el caso de la aparición de fósforo libre, lo atrae de inmediato. Es decir, el ligando "salta" a un ión vecino en un núcleo de tres centros y forma un enlace, que pronto puede colapsar nuevamente debido a las vibraciones térmicas. La molécula se convierte así en una especie de "carrusel" molecular. Tal configuración estabiliza ambos complejos con núcleos de iones de plata y núcleos de cobre monovalente: los compuestos no se descomponen inmediatamente después de la síntesis, como muchas otras estructuras de este tipo.

Los químicos han descubierto que tal estructura de "carrusel" de compuestos complejos conduce a la aparición de dos estados de energía, la transición entre los cuales puede conllevar a la luminiscencia. En el caso del cobre, esta estructura tiene un rendimiento cuántico significativo, es decir, una proporción del número de fotones absorbidos y emitidos, del 41 por ciento. Los polímeros orgánicos, que se utilizan hoy en día en pantallas OLED, proporcionan un rendimiento cuántico la mitad de bajo: alrededor del 20 por ciento.

Los científicos llaman a los complejos de cobre de tres centros "rotondas" prometedoras para la futura tecnología OLED.

Artículo en Inorganic Chemistry