| 고효율 청색 실온 인광 재료 합성 및 응용 | ||
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  시베이공업대학교 Huang Wei(黃維) 원사, 난징공업대학교 An Zhongfu(安眾福) 교수, 싱가포르 국립대학교 Liu Xiaogang(劉小鋼) 교수 등은 “발색단 제한” 전략을 제안하여 가장 간단한 분자를 이용한 가장 우수한 인광 성능을 달성하고 다양한 응용 가치가 있는 인광재료 소자를 개발했다. 연구팀은 또한 피로멜리트산(PMA) 폴리카르복실산화합물을 연구 모델로 하여 피로멜리트산 사나트륨염(TSP)의 고효율 청색 실온 인광이온 결정 재료를 합성했다. 관련 연구 성과는 국제학술지 “Nature-Materials”에 게재되었다. 연구팀은 광 여기 후, 유기이온결정 TSP가 육안으로 볼 수 있는 밝은 청색의 장잔광 현상을 나타내며 잔광이 3초 이상 지속됨을 발견했다. 안정상태 광루미네선스 스펙트럼과 인광 스펙트럼은 거의 완전히 중첩되며 325nm에서만 매우 작은 형광 피크가 나타났으며 인광 효율은 66.9%에 달했다. 심층 연구에서 연구팀은 이온 결정 TSP가 저온 희석용액 단일분자 상태 인광과 유사한 특성을 가지고 있음을 발견했다. 단결정 분석을 통해 이온화된 발색단이 반대이온으로 완전히 포위되었음을 확인했다. 이론적 계산 결과도 이온화된 구조의 스핀-궤도 결합 상수가 뚜렷하게 개선되어 고효율 인광을 달성하기 위한 조건을 제공한다는 것을 보여주었다. 연구팀은 피로멜리트산 이나트륨염(DSP)을 합성하여 강하고 고립된 분자상태 모드가 인광 성능 향상에 대한 중요성을 측면으로 입증하였다. 단결정 분석 결과도 발색단 사이에 뚜렷한 π-π 적층이 있음을 보여주며 π-π 적층은 발색단의 공액 정도를 증가시키고 DSP는 황록색 잔광을 방출하며 고효율 분자상태 청색 인광을 달성하기 어렵다. 이를 기반으로 연구팀은 “발색단 제한” 전략이 분자상태 고효율 실온 인광을 달성하는 보편성을 심층 입증하였다. 연구팀은 반대이온과 발색단 유닛을 조정하고 5개의 청색 인광재료, 2개의 녹색 인광재료 및 5개의 황색 인광재료를 설계 및 합성했는데, 모두 장수명, 고효율 실온 인광을 달성했다. 그 중 96.5%에 달하는 세계기록급의 청색 실온 인광 발광을 달성했다. 연구팀은 신형 인광재료의 고효율, 장잔광 특성을 이용하여 최초로 해당 재료를 잔광 디스플레이 분야에 응용하였다. 신형 잔광 디스플레이 장치는 숫자, 문자, 이미지, 영상 등 정보 디스플레이, 경로 추적, 도로 표지판, 경고등, 신호등, 네온사인 장식 등에 응용할 수 있다. 또한, 레이더 디스플레이, 심해 또는 우주 등 극한 환경 디스플레이 분야에서도 거대한 응용 잠재력이 있다. 아울러 연구팀은 이온 결정 TSP에 기반한 암호화 잉크를 제조했다. 정상적인 햇빛 아래에서는 암호화된 정보를 표시할 수 없으며 광원이 꺼지면 “재료” 암호화된 정보가 표시된다. 해당 재료는 우수한 잉크젯 프린팅 성능을 보유하여 숫자, 문자, 이미지, 바코드, 큐알코드 등을 신속하고 정확하게 인쇄할 수 있으며 정보 암호화, 정보 전송, 지능형 식별 및 상표 위조방지 등에 응용할 수 있다. 해당 이온화합물은 지문 중의 그리스 등 하이드록실 리치 구조와 결합할 수 있다. 따라서 연구팀은 해당 재료를 성공적으로 지문 인식에 응용하여 아주 높은 인식율을 달성하였으며 지문 중의 숨구멍까지도 성공적으로 식별할 수 있다. 특히, 지문에 대한 접착력이 아주 강하여 마우스, 휴대폰, 물컵, 포트폴리오, 금속 등 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 물체의 지문도 잘 나타낼 수 있어 형사사건의 지물 추출에도 응용 전망이 있다. 해당 연구 성과는 유기인광재료의 분자 구조, 적층 방식 및 발광 성능의 상관 메커니즘을 이해하는데 중요한 의의가 있으며, 또한 순수유기 실온 인광재료의 새로운 응용을 위한 기반을 마련했다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/8/463920.shtm |
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