Co roku producenci smartfonów wprowadzają na rynek nowe wspaniałe modele. Obraz widoczny na powierzchni o przekątnej zaledwie kilku cali za każdym razem zaskakuje jakością. Trudno czasem uwierzyć, że może być jeszcze lepszy. A jednak! Możliwe jest to za sprawą nowych organicznych materiałów elektroaktywnych o coraz lepszych parametrach fotofizycznych. Dzięki nim specjaliści od reklamy mogą używać określeń takich jak: olśniewający, niedościgły, superwytrzymały. Tego typu związki projektują również naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego pod okiem prof. dr. hab. inż. Stanisława Krompca. O kilku opatentowanych wynalazkach opowiada członek jego zespołu, dr Marek Matussek z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ.

Przykład opatentowanych elektroaktywnych materiałów do zastosowań w obszarze diod OLED

Naukowcy, pracujący w zespole prof. Stanisława Krompca, zajmują się przede wszystkim organicznymi materiałami molekularnymi. Są to bardzo często mocno rozbudowane wielopierścieniowe układy, które można modyfikować w zaplanowany sposób, aby uzyskać pożądane właściwości. Co ciekawe, skomplikowane struktury mają swoje odzwierciedlenie w nazwie, która wygląda czasem tak, jakby nigdy nie miała się skończyć.

– Nazwy związków, nad którymi pracujemy, mówią nam już bardzo dużo o tych materiałach. Choć przyznaję, bywają skomplikowane. Dobrym przykładem jest opatentowany przez nas właśnie 2,3-bis(4-(N,N-di(4-tert-butylofenylo) amino)fenylo)-N,N’-bis(2-etyloheksylo)benzo[ghi]perylenodiimid. Dla wprawnego oka to jednak całkiem dobre źródło informacji – przekonuje dr Marek Matussek.

Jak wyjaśnia, w nazwie można bowiem dostrzec nie tylko bazę związku (rdzeń, na którym opiera się struktura), lecz również kolejne elementy chemicznej układanki – dzięki nim materiał cechuje się określonymi właściwościami.

– Są one kluczowe dla rozwoju organicznej elektroniki, którą zajmujemy się w naszym zespole badawczym. Coraz lepsze ekrany wyświetlaczy w smartfonie, w samochodzie, w zegarku? Czemu nie? To jest właśnie przestrzeń, w której obracamy się na co dzień w naszej działalności naukowej – podkreśla badacz. Jak dodaje, materiały organiczne mają tę przewagę nad innymi grupami związków, że da się je właśnie łatwo modyfikować. Poprzez zmiany strukturalne można w szerokim zakresie niejako dostrajać ich właściwości, co jest doskonałą bazą do projektowania związków o określonych cechach użytkowych.

Z perspektywy tak popularnej obecnie elektroniki organicznej jedną z najważniejszych właściwości jest rozpuszczalność, ponieważ z nią wiąże się inna niezwykle istotna cecha – przetwarzalność, pozwalająca na praktyczne wykorzystanie materiału molekularnego. Ważne są właściwości fotofizyczne – w tym m.in. absorpcyjne i emisyjne, czyli mówiące nam o tym, jakie światło jest pochłaniane, a jakie emitowane. To one decydują o jakości obrazu, który widzimy na wyświetlaczu. Istotne są też cechy morfologiczne projektowanych materiałów, przesądzające o tym, jak molekuły będą się zachowywać i układać na danym podłożu, co w konsekwencji również ma przełożenie na skomplikowane procesy zachodzące wewnątrz elektroaktywnej warstwy materiału organicznego. Duże znaczenie mają w końcu właściwości termiczne.

– Wystarczy pomyśleć o gorącym letnim dniu. Korzystamy z nawigacji w samochodzie bez klimatyzacji, tu panują już całkiem wysokie temperatury, a nasz wyświetlacz powinien nadal działać i pokazywać nam obraz dobrze widoczny, najlepiej w każdym świetle. W przypadku interesujących nas materiałów brany jest pod uwagę duży zakres temperatur. Materiały, które syntezujemy, zachowują stabilność termiczną znacznie powyżej 300°C – mówi naukowiec.

Ostatnia istotna cecha związana jest z przejściami fazowymi. Opatentowane materiały mają postać amorficzną. Są to tzw. szkła molekularne. Naukowcom zależy, aby związki otrzymywać właśnie w takiej formie. Za pomocą zaawansowanej aparatury wyznaczają więc temperatury przejść fazowych i tym samym charakteryzują nowo otrzymane luminescencyjne materiały molekularne.

Wyniki pomiarów wszystkich wymienionych parametrów są kluczowe dla oceny jakości materiału.

– Organiczna elektronika cały czas wymaga ulepszeń, dlatego możemy w zasadzie bez końca łączyć związki i budować nowe układy. Ulepszamy także metody ich otrzymywania, aby były jeszcze bardziej przyjazne dla środowiska i tańsze. Te rozwiązania także patentujemy – podkreśla badacz.

Tematyka realizowana przez zespół prof. Stanisława Krompca jest także innowacyjna pod kątem badań podstawowych z zakresu chemii i syntezy organicznej – stąd uzyskane na przestrzeni lat granty w tym obszarze, które pozwalają naukowcom prężnie działać.