Учёные из британского Университета Суррея создали нанокомпозитный полимерный материал, который светит в сто раз ярче, чем обычные полимерные светодиоды. Более того, применение углеродных нанотрубок позволило существенно увеличить срок службы полимера. Учёные надеются создать с помощью нового материала принципиально новые осветительные устройства и плоские дисплеи, светоизлучающим элементом которых будут светодиоды.

Панели на основе органических светодиодов (OLED) на сегодняшний день обладают одним существенным недостатком – короткий срок службы, особенно для полимеров, излучающих в синем диапазоне видимого света. Короткий срок службы ограничивает круг применения таких панелей лишь небольшими устройствами – дисплеями мобильных телефонов, портативных плейеров, автомагнитол и так далее.

Внедрение нанотрубок в объем полимерного материала группой британских исследователей имело целью именно увеличение срока его службы. Эффект увеличения продолжительности жизни органических молекул в данном случае может быть связан с проявлением новой многомерной структуры химических связей, а также с возникновением квантовых эффектов, способных повлиять на механизмы переноса заряда и испускания фотонов.

Как признает Саймон Хейнли, один из руководителей международного проекта, включающего научные группы из Британии, США и Китая, идея применить нанотрубки в качестве наноразмерного наполнителя полимерной матрицы сама по себе не нова. Большое количество исследователей во всем мире, бьющихся над улучшением свойств современных органических светодиодов, пытались найти применение перспективному материалу. Однако многочисленные неудачи этих проектов были связаны с тем, что в объеме полимера нанотрубки функционируют в качестве «захватов» носителей заряда.

Многостенные нанотрубки углерода представляют собой что-то вроде свернутого в трубочку полотна, сотканного многочисленными связями углерод-углерод. Атомы углерода при этом связаны между собой электрон-избыточными двойными ковалентными связями между собой. Это обстоятельство обеспечивает высокую электронную проводимость данного материала, и явление захвата носителей заряда приводит к резкому снижению излучающей способности полимера.

Как показали ученые, это препятствие можно обойти.

Перед тем как внедрить нанотрубки углерода в объем полимера, они подвергали их химической обработке с помощью кислот. При этом, как правило, происходит частичное разрушение поверхностных двойных связей углерод-углерод. Именно это обстоятельство, по мнению ученых, и привело к возникновению нового механизма транспорта электронов к светоизлучающим областям полимерных молекул. Эффективность излучения при этом увеличилась в 100 раз по сравнению с обычным полимерным материалом.

Кроме того, как и ожидали ученые, внедрение нанотрубок из углерода позволило заметно снизить скорость деградации макромолекул полимера вследствие процесса светоиспускания.

В перспективе OLED-технологии должны практически полностью вытеснить доминирующие в наши дни жидкокристаллические (ЖК) панели, благодаря ряду принципиальных преимуществ. Изображение в ЖК-мониторах и телевизорах получается пропусканием белого света через слои матриц, поляризующих и фильтрующих электромагнитное излучение. Ни одна современная люминесцентная лампа не позволяет получить идеального «белого» излучения, что существенно осложняет задачу достоверной цветопередачи.

Полимерные светодиоды же, в свою очередь, являются самостоятельными источниками монохроматического света, подобно люминофорам, применяющимся в электронно-лучевых трубках старых мониторов и телевизоров. Это обуславливает существенно большую достоверность их цветопередачи, яркость и контрастность. Кроме того, OLED-дисплеи потребляют меньшее количество энергии по сравнению с ЖК-панелями именно ввиду отсутствия необходимости дополнительной подсветки.

Применение органических светодиодов позволит не только сделать мониторы намного тоньше, но также сделает их гибкими – их можно будет сгибать и скручивать.

И 22-дюймовые мониторы станут такими же портативными, как современные мобильные телефоны. Более того, технология изготовления матриц полимерных светодиодных панелей существенно более дешева, их можно будет буквально печатать рулонами подобно обоям.

Но и это еще не все. Современные концепции дисплеев на основе органических светодиодов подразумевают традиционное применение трех независимых матриц, испускающих свет в красном, синем и зеленом диапазонах, из которых и складывается весь видимый спектр.

Исследования же известного отечественного ученого Андрея Алешина, одного из победителей Конкурса русских инноваций в 2006 году и руководителя научной группы в Санкт-Петербургском политехническом институте, позволят вместо трех матриц использовать одну-единственную.

Благодаря внедрению все тех же неорганических наночастиц, ему удалось получить композитный полимерный материал, спектр испускания которого зависит от приложенного электрического поля. Таким образом, один и тот же пиксель монитора сможет светить и красным, и зеленым, и синим. В настоящее время все ведущие мировые научные державы, включая Россию, имеют примерно одинаковый научный задел в области полимерных светодиодов. Сможем ли мы составить конкуренцию США, Японии и Китаю в дальнейшем – покажет время.