فريق بحثي صيني يطور نظامًا جزيئيًا من البيرين-إيميدازول يحقق كفاءة 13.22% في الثنائيات العضوية الباعثة للضوء الزرقاء العميقة

أخبار ar.wedoany.com، طوّر الباحث الصيني يينغ فو وفريقه نظامًا جزيئيًا من البيرين-إيميدازول مُهندَسًا بنيويًا، مما عزز أداء الإضاءة الكهربائية للثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLED) الزرقاء العميقة من خلال هندسة دقيقة للحالات المثارة. وبدون إدخال هيكل جزيئي جديد تمامًا، اعتمدت الدراسة استراتيجية ضبط موضع الاتصال ضمن إطار المانح-π-المستقبل، حيث تم تصنيع ومقارنة مباشرة بين أيزومري الاتصال المتقابل p-PyI-PBO وأيزومر الاتصال الفوقي m-PyI-PBO، اللذين يمتلكان نفس وحدات المانح والمستقبل. وقد أسست الدراسة علاقة واضحة بين البنية والخصائص الفيزيائية الضوئية وأداء الجهاز، موضحة تأثير موضع الاتصال على التشكل الجزيئي، وتوازن الإثارة المحلية/نقل الشحنة (LE/CT)، وخصائص حالة الإثارة الحرارية (HLCT)، وكفاءة استخدام الإكسيتون.

أظهرت الحسابات النظرية أن p-PyI-PBO يُظهر خصائص LE/CT مختلطة في حالتي T₃ وT₄، بفجوة طاقة S₁–T₃ تبلغ 0.12 إلكترون فولت وفجوة S₁–T₄ تبلغ 0.16 إلكترون فولت؛ بينما يُظهر m-PyI-PBO خصائص HLCT في حالة T₂ بفجوة طاقة S₁–T₂ أصغر تبلغ 0.09 إلكترون فولت، مما يشير إلى امتلاكه قناة عبور عكسي بين الأنظمة (RISC) أكثر ملاءمة. أكد تحليل الاقتران المغزلي المداري (SOC) هذه النتائج: بلغت قيمة ⟨T₃|ĤSOC|S₁⟩ لـ p-PyI-PBO 0.1204 سم⁻¹، وقيمة ⟨T₄|ĤSOC|S₁⟩ 0.0860 سم⁻¹؛ بينما بلغت قيمة ⟨T₂|ĤSOC|S₁⟩ لـ m-PyI-PBO 0.1308 سم⁻¹، مما يُظهر اقترانًا أقوى بين الحالة المفردة والحالة الثلاثية. في الوقت نفسه، استبعدت فجوة الطاقة الكبيرة بين S₁ وT₁ (حوالي 0.64–0.91 إلكترون فولت) آلية التألق المتأخر المنشط حراريًا (TADF) التقليدية بشكل فعال.

كشفت قياسات مطيافية الامتصاص العابر بالفيمتوثانية (fs-TA) (بطول موجة إثارة 320 نانومتر) عن العملية الحركية لـ m-PyI-PBO في المحلول: ظهرت إشارة تبييض الحالة الأرضية في نطاق 320–370 نانومتر، وإشارة انبعاث محفز من S₁ في نطاق 400–460 نانومتر، بينما وُجدت إشارة امتصاص الحالة المثارة فوق 460 نانومتر، مما يؤكد هيمنة الحالة S₁ على الحركة. أظهر التحليل الحركي عند 544 نانومتر مُركّبَي اضمحلال: τ₁ يساوي 8.97 بيكو ثانية، يُعزى إلى استرخاء فائق السرعة للحالة المثارة؛ وτ₂ يساوي 4.09 نانو ثانية، يتوافق مع اضمحلال التألق. تشير السمات العابرة في نطاق 560–600 نانومتر إلى وجود حالات مثارة أعلى، قد تتضمن عبورًا سريعًا بين الأنظمة من S₁ إلى Tₙ أو توازنًا بين الحالة المفردة والحالة الثلاثية، مما يؤكد أن الانبعاث يأتي بشكل أساسي من الحالات المفردة المملوءة مباشرة ذات خصائص HLCT.

في اختبارات الأجهزة، حققت الثنائيات العضوية الباعثة للضوء غير المُشوّبة القائمة على m-PyI-PBO كفاءة كمومية خارجية قصوى (EQE) بلغت 9.52%، مع انبعاث أزرق عميق وأقل انخفاض في الكفاءة عند السطوع العالي. تحسّن أداء الأجهزة المُشوّبة بشكل أكبر، حيث بلغت EQE القصوى 13.22%، وإحداثيات اللون الأزرق العميق CIE (0.16, 0.06)، وكفاءة استخدام الإكسيتون حوالي 79.7%، مع إظهار توجيه ثنائي القطب أفقي تفضيلي.

أشار الباحثون إلى أن هذه النتيجة تمثل تقدمًا مهمًا في مواد الإضاءة القائمة على البيرين-إيميدازول (PyI) دون توسيع الاقتران π أو إدخال تأثيرات الذرات الثقيلة. تؤكد هذه الدراسة على فعالية الضبط الدقيق لموضع الاتصال في تنشيط مسارات الحالات المثارة غير المستغلة سابقًا. من خلال تحقيق تحويل الحالة الثلاثية إلى الحالة المفردة بمساعدة الإكسيتونات الحرارية، مع الحفاظ على نقاء اللون الأزرق العميق واستقرار الجهاز، توفر هذه الاستراتيجية منهجًا جزيئيًا قابلاً للتعميم لتصنيع ثنائيات عضوية باعثة للضوء زرقاء عميقة عالية الكفاءة.