Leuchtende Kristalle werden bald billiger

Organische Moleküle ersetzen anorganische - Verarbeitung bei moderaten Temperaturen möglich

Laborexperimente: Leuchtkraft lässt noch zu schnell nach (Foto: oist.jp)

Onna/Fukuoka (pte005/02.12.2021/06:10) - Neue Materialien, die Licht speichern und in der Dunkelheit wieder abgeben, haben Forscher der Graduiertenschule Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) http://oist.jp und der Kyushu University http://www.kyushu-u.ac.jp/en entwickelt. Sie sind weitaus billiger herzustellen. Weltweit werden leuchtende Kristalle im großen Maßstab für Notfallschilder, Uhren und Farben verwendet. Der globale Markt liegt bei 400 Mio. Dollar pro Jahr.

Bioimaging-Einsatz

Die anorganischen Kristalle, die derzeit benötigt werden, um diesen Effekt auf hohem Leistungsniveau zu erzielen, enthalten teure Seltene-Erden-Metalle und benötigen Fertigungstemperaturen von mehr als 1.000 Grad Celsius. Die Japaner setzen dagegen auf organische Materialien, die in großen Mengen verfügbar sind und sich bei moderaten Temperaturen verarbeiten lassen.

"Organische Materialien sind nicht nur viel verfügbarer und einfacher zu verarbeiten als anorganische Materialien, sie sind auch löslich, sodass daraus auch Tinten und Färbemittel für Textilien hergestellt werden können", unterstreicht Chihaya Adachi, Direktor des Zentrums für organische Photonik und Elektronikforschung an der Kyushu University. Möglicherweise ließen sich die Moleküle auch im sogenannten Bioimaging einsetzen, dem Sichtbarmachen von biologischen Vorgängen etwa in Menschen.

Vierstufiger Prozess

"Um den Leuchteffekt zu erzielen, ist ein vierstufiger Prozess nötig: Ladungstransfer, Trennung, Rekombination und schließlich Emission", so Ryota Kabe, der die Organic Optoelectronics Unit des OIST leitet. "Innerhalb der Moleküle sind Elektronen in Löcher eingebettet. Ein wichtiger Teil des Prozesses ist die Trennung der Elektronen von den Löchern. Wenn die beiden wieder zusammenkommen, emittieren sie Licht."

Durch Zugabe einer speziellen Komponente gelang es, die Zeit, in der Elektronen und Löcher rekombinieren, hinauszuzögern, sodass sich die Leuchtdauer verlängerte. "Durch Optimierung ist es uns gelungen, die Leistung organischer Moleküle um das Zehnfache zu verbessern", so Kabe. Die organischen Moleküle seien auch, anders als in ersten Versuchen, widerstandsfähiger gegen den Sauerstoff der Luft. "Wir müssen weiter daran arbeiten, die Emissionen abzustimmen, bis sie denen der anorganischen Kristalle entsprechen."

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