_ Roman mare Polimerii cu indice de refracție sunt promițători în optoelectronica sustenabilă

Polimerii cu indice de refracție ridicat (HRIP) sunt esențiali pentru fabricarea dispozitivelor optoelectronice moderne, inclusiv afișaje și senzori de lumină. Cu toate acestea, HRIP-urile de înaltă performanță sunt scumpe și neprietenoase cu mediul.

Recent, o echipă de cercetare de la Universitatea Waseda a dezvoltat o nouă familie de HRIP numită poli(tiouree). Datorită interacțiunilor intermoleculare unice, acești compuși pot fi procesați cu ușurință în HRIP-uri transparente cu costuri reduse pentru aplicații optoelectronice, precum și degradați și reciclați printr-un protocol ieftin, făcându-i o opțiune durabilă.

Dispozitivele optoelectronice au descoperit. lor în multe aspecte ale vieții noastre de zi cu zi, de la afișaje OLED la fotodetectoare, sisteme de securitate și monitorizarea mediului. În toate aplicațiile, aceste dispozitive utilizează polimeri cu indice de refracție ridicat (HRIP) pentru a controla lumina.

În general, proprietățile optice ale HRIP transparente permit transmiterea și manipularea eficientă a luminii, permițând dispozitivelor optoelectronice să ghideze și să controleze fluxul de lumină pentru a le îmbunătăți performanța.

Cu toate acestea, nu există opțiuni cu costuri reduse pentru HRIP, care să garanteze performanțe optice bune, în timp ce sunt transparente și ecologice. Acest lucru se datorează faptului că, pentru majoritatea materialelor, există un compromis inerent între indicele lor de refracție, transparență și procesabilitate.

O echipă de cercetare condusă de profesorul Kenichi Oyaizu de la Departamentul de Chimie Aplicată de la Universitatea Waseda, Japonia, a găsit o modalitate de a ocoli această problemă. În articolul lor publicat în Advanced Functional Materials, cercetătorii raportează un nou tip de HRIP aromatic ale cărui proprietăți îl fac candidatul perfect pentru aplicațiile optoelectronice moderne.

Acest articol a fost co-autor de Seigo Watanabe de la Institutul de Cercetare. de Știință și Inginerie, Universitatea Waseda, precum și Luca M. Cavinato și Rubén D. Costa, ambii de la Catedra de Materiale Funcționale Biogenice, Universitatea Tehnică din München, Germania.

Familia de compuși propusă este numite poli(tiouree) (PTU), fiecare unitate repetată a polimerului (monomerul) cuprinzând un inel aromatic simplu legat de o grupare tiouree (H2N−C(=S)−NH2). Aceste PTU au o proprietate excepțională: unitățile de tiouree din diferite catene polimerice se atrag reciproc prin legături de hidrogen, care este un tip de interacțiune intermoleculară.

Pur simplu, atomii de sulf (S) ai unei grupări de tiouree se atrag atomii de hidrogen (H) legați de azot (N) dintr-o altă grupă de tiouree datorită diferențelor locale de sarcină electrică.

Aceste așa-numite „legături de hidrogen polarizabile” fac ca materialul PTU să fie dens împachetat, creând rețele dense. Deoarece polimerul este amorf și nu are ordine cristalină, este foarte transparent. Între timp, inelele aromatice servesc ca distanțiere, oferind o anumită rigiditate și rezistență mecanică și contribuind la un indice de refracție mai mare.

Echipa de cercetare a analizat cu atenție proprietățile acestor PTU și a demonstrat potențialul lor prin încorporarea lor în optoelectronica experimentală. componente, obținând rezultate remarcabile. Mai precis, PTU-urile propuse au demonstrat o transparență ridicată de peste 92% și un indice de refracție excepțional de 1,81.

În special, echipa a investigat și dacă PTU-urile ar putea fi ușor degradate în molecule utile mai simple.

„Din cauza problemelor recente de mediu cauzate de deșeurile de plastic, degradarea polimerilor în monomeri devine o funcționalitate esențială care duce la reciclare durabilă. Din câte cunoștințele noastre, au existat extrem de puține încercări de a conferi degradabilitate HRIP-urilor și sistematic. modelele pentru HRIP degradabile nu au fost raportate în ciuda unor astfel de nevoi globale”, spune prof. Oyaizu.

Eforturile lor au condus la un protocol de degradare simplu care implică condiții ușoare de încălzire și amestecare cu diamine, ceea ce este suficient pentru a descompune PTU-urile în bucăți mai mici care pot fi reprocesate sau reutilizate pentru sinteza chimică a noilor PTU.

În general, rezultatele acestui studiu sunt foarte promițătoare pentru viitorul materialelor și dispozitivelor optoelectronice în contextul mai mare al durabilității.

„Pe baza acestor constatări, materialele optice ecologice ar fi ușor de pregătit printr-un proces simplu, permițând optoelectronice sustenabile, cum ar fi afișaje luminoase la preț redus, dispozitive de iluminare portabile și ochelari de vedere din polimer mai subțiri, mai ușori și degradabili”, conchide prof. Oyaizu.

„Cred că acest lucru este primul pas către proiectarea cuprinzătoare a polimerilor optoelectronici de ultimă generație care pot oferi o eficiență ridicată de extracție a luminii fără a dăuna mediului.”

(Fluierul)