Neue umweltfreundliche, langlebige lichtemittierende elektrochemische Zelle

Im Rahmen einer Forschung, die zu einem neuen Zeitalter der Beleuchtung führen könnte, haben Forscher aus Japan und Deutschland umweltfreundliche lichtemittierende elektrochemische Zellen entwickelt, die neue Moleküle namens Dendrimere in Kombination mit aus Biomasse gewonnenen Elektrolyten und Elektroden auf Graphenbasis verwenden. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschrittliche Funktionsmaterialien.

Elektrolumineszenz ist das Phänomen, bei dem ein Material als Reaktion auf einen fließenden elektrischen Strom Licht emittiert. Alles, vom Bildschirm, den Sie zum Lesen dieses Satzes verwenden, bis hin zu den Lasern, die in der neuesten wissenschaftlichen Forschung eingesetzt werden, ist das Ergebnis der Elektrolumineszenz verschiedener Materialien. Aufgrund ihrer Allgegenwärtigkeit und Notwendigkeit in der Moderne ist es nur natürlich, dass umfangreiche Ressourcen in Forschung und Entwicklung fließen, um diese Technologie zu verbessern.

„Ein Beispiel für eine neue Technologie sind ‚lichtemittierende elektrochemische Zellen‘ oder LECs“, erklärt außerordentlicher Professor Ken Albrecht vom Institut für Materialchemie und Werkstofftechnik der Universität Kyushu und einer der Leiter der Studie. „Sie haben aufgrund ihres Kostenvorteils gegenüber organischen Leuchtdioden oder OLEDs Aufmerksamkeit erregt. Ein weiterer Grund für die Beliebtheit von LECs ist ihre vereinfachte Struktur.“

OLED-Geräte erfordern im Allgemeinen die sorgfältige Schichtung mehrerer organischer Filme, was die Herstellung schwierig und kostspielig macht. LECs hingegen können aus einer einzigen Schicht eines organischen Films hergestellt werden, der mit lichtemittierenden Materialien und einem Elektrolyten gemischt ist. Die Elektrode, die alles miteinander verbindet, kann im Gegensatz zu den seltenen oder schweren Metallen, die in OLEDs verwendet werden, sogar aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden. Darüber hinaus haben LECs eine niedrigere Antriebsspannung, was bedeutet, dass sie weniger Energie verbrauchen.

„Unsere Forschungsteams haben neue organische Materialien erforscht, die in LECs verwendet werden können. Ein solcher Kandidat sind Dendrimere“, erklärt Prof. Rubén D. Costa von der Technischen Universität München, der das Forschungsteam in Deutschland leitete. „Dabei handelt es sich um verzweigte symmetrische Polymermoleküle, deren einzigartige Struktur zu ihrer Verwendung in allen Bereichen geführt hat, von der Medizin über Sensoren bis hin zur Optik.“

Aufbauend auf seiner bisherigen Arbeit zur Entwicklung von Dendrimeren begann das Forschungsteam mit der Modifizierung seiner Materialien für LECs.

„Das von uns entwickelte Dendrimer hatte ursprünglich hydrophobe oder wasserabweisende Molekülgruppen. Indem wir diese durch hydrophile oder wasserähnliche Gruppen ersetzten, stellten wir fest, dass die Lebensdauer des LEC-Geräts auf über 1000 Stunden verlängert werden konnte, also um mehr als das Zehnfache das Original“, erklärt Albrecht. „Was es noch besser macht, ist, dass das Gerät dank unserer Zusammenarbeit mit dem Team von Dr. Costa sehr umweltfreundlich ist.“

Seit Jahren arbeitet Costas Team in Deutschland an der Entwicklung billigerer und umweltfreundlicherer Materialien für lichtemittierende Geräte. Ein Material, mit dem sie experimentiert haben, ist Celluloseacetat, eine häufig vorkommende organische Verbindung, die in allem von Kleidungsfasern bis hin zu Brillengestellen verwendet wird.

„Wir haben aus Biomasse gewonnenes Celluloseacetat als Elektrolyt in unserem neuen LEC-Gerät verwendet und bestätigt, dass es die gleiche lange Lebensdauer hat“, fährt Costa fort. „Darüber hinaus haben wir herausgefunden, dass Graphen auch als Elektrode verwendet werden kann. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zur Herstellung flexibler lichtemittierender Geräte aus umweltfreundlichen Materialien.“

Das Team erklärt, dass ihre Arbeit zwar vielversprechend ist, aber noch weitere Forschung erforderlich ist, bevor die Geräte auf den Markt gebracht werden können.

„Das Gerät, das wir hier hergestellt haben, leuchtet nur in Gelb, daher müssen wir es so entwickeln, dass es in den drei Hauptlichtfarben Blau, Grün und Rot leuchtet. Auch an der Lumineszenzeffizienz, also der Helligkeit des Lichts, muss noch gearbeitet werden“, schließt Albrecht. „Dank unserer internationalen Zusammenarbeit sieht die Zukunft jedoch rosig aus.“