На чтение: ≈ 8 мин.Специалистам научно-образовательного центра (НОЦ) «Нанотехнологии» Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) удалось синтезировать светящиеся органические молекулы, которые будут использоваться в производстве различных электронных устройств. Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки РФ «Приоритет 2030», которая в свою очередь является частью национального проекта «Наука и университеты».
На сегодняшний день для подсветки в электронике используются миниатюрные лампы накаливания, электролюминесцентные излучатели, люминесцентные лампы с холодными и горячими катодами, а также внешними электродами, единичные светодиоды и светодиодные матрицы и, наконец, квантовые точки. В последнем случае между блоком подсветки, состоящим из синих светодиодов, и жидкокристаллическим слоем добавляется еще прослойка с квантовыми элементами, поглощающими излучение светодиодов и вырабатывающими собственное излучение с определенной длиной волны. Либо необходимо подключение к внешним источникам электричества.
При автономной подсветке достаточно быстро расходуется заряд батареи или аккумулятора. К тому же такие технологии достаточно дороги в производстве. Так что перед современными инженерами стоит задача изобрести способы подсветки, которые позволяли бы вырабатывать излучение большой интенсивности в течение значительного количества времени и в то же время требовали бы минимального расхода ресурсов.
Так, лет десять назад исследователи из Южно-Калифорнийского и Мичиганского университетов (США) разработали технологию под названием OLED – органические светоизлучающие устройства. Экраны из фотонного пластика, способного пропускать электрический ток, в выключенном состоянии становятся совершенно прозрачными и потому в дневное время могут использоваться в качестве обычных окон, вечером – освещать помещение, а также при подключении соответствующего оборудования служить для просмотра телепередач. В общем, с такими окнами вам больше не понадобятся ни люстра, ни телевизор! Правда, пока что-то не слышно, чтобы новинка обрела популярность.
А специалисты из Массачусетского технологического института разработали очередной проект дома будущего с системой поглощения солнечного света. При этом в качестве светильников там предполагается использовать… люминесцентные растения. В проекте, возглавляемом профессором Майклом Страно, участвуют архитекторы, химики и другие специалисты. В ходе первоначальных экспериментов ученым удалось заставить некоторые растения светиться, используя фермент, присутствующий в организме светлячков, – люциферазу – в связке с еще одним химическим веществом – люциферином. Чтобы имплантировать светоносные белки в листья растений, последние замачивают под высоким давлением в специальном растворе, насыщенном наночастицами. Другие способы – напыление и специальное окрашивание этими частицами.
Первые опыты с такими нанобионическими растениями провели в 2017 году. Поначалу результаты оказались весьма скромными – удалось добиться лишь тусклого свечения. Но потом исследователи сумели вырастить несколько поколений люминесцентного водяного кресса, который светился дольше и ярче, чем первые экспериментальные образцы. Еще ученые разработали так называемые световые конденсаторы – компоненты растений, которые купируют слишком яркое излучение, продлевая периоды люминесценции.
Авторы проекта убеждены, что им удастся усовершенствовать технологию и сделать излучение растений настолько ярким и стабильным, что оно сможет длительное время полностью освещать помещения, не требуя дополнительных источников. А со временем светящиеся деревья смогут заменить уличные фонари…
Но вернемся к нашим соотечественникам – сотрудникам ЮУрГУ. Им удалось синтезировать молекулы, которые называются гетероциклическими. Речь идет о молекулах органических соединений, содержащих циклы из атомов как минимум двух элементов. По словам одного из авторов новой разработки, старшего научного сотрудника НОЦ «Нанотехнологии» Тимофея Чмовжа, подобные соединения привлекают внимание ученых благодаря своим свойствам излучать и поглощать свет, в частности преобразовывать в свет электрический ток, а также высокой проводимости и подвижности носителей заряда. Кроме того, немаловажно, что для реакции синтеза подходят совсем недорогие реактивы.
Исследователи из ЮУрГУ взяли в качестве реагентов парафенилендиамин и тиоцианат аммония и провели реакции С-Н активации, которые необходимы для получения различных органических полупроводниковых материалов, а также биологически активных соединений. Роль катализатора при этом исполнил палладий. Все компоненты помещали в колбу, и затем смесь в течение суток подвергалась кипячению в присутствии аргона. В результате были получены вещества, обладающие одновременно сверхпроводимостью, люминесценцией и жидкокристалличностью.
«Мы показали, что использование в качестве окислителя оксида серебра позволяет получать соединения с тиофеновыми заместителями различного строения, – прокомментировал Тимофей Чмовж. – Полученные вещества можно рассматривать в качестве полезных компонентов для органических светодиодов». Эти светодиоды можно использовать для изготовления светящихся дисплеев, которые будут вставляться в такие устройства, как смартфоны, планшеты, ридеры, цифровые фотокамеры, смарт-часы и фитнес-браслеты, автомобильные бортовые компьютеры и приборы ночного видения.
Основная заслуга членов южноуральской научной команды в том, что они смогли путем квантово-химических расчетов отыскать оптимальную комбинацию взаимодействия акцепторного блока с донорными фрагментами (так именуют группы атомов, принимающих и отдающих электроны). Вероятно, у таких технологий большое будущее.
Лада КОВАЛЕНКО
Выбор читателей
Комментарии