De nouvelles formes de matériaux électroluminescents appelés phosphores, offrant une polyvalence accrue par rapport aux options existantes, sont développées par des chercheurs de l’Institut national de science des matériaux (NIMS) au Japon, en collaboration avec des collègues de l’Université des sciences de Tokyo et de l’Université d’Hokkaido. Leur travail est publié dans la revue Science et technologie des matériaux avancés.
Les phosphores absorbent l’énergie du rayonnement électromagnétique, notamment la lumière visible et les rayons X, puis la libèrent dans des couleurs qui dépendent de leurs propriétés. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, notamment les diodes électroluminescentes (DEL), les écrans d’affichage, les scintillateurs détectant les rayonnements tels que les rayons X et les dispositifs optoélectroniques.
« Nous devons trouver des phosphores dont les émissions sont facilement ajustées pour les exploiter dans un champ d’applications toujours plus large », explique Takayuki Nakanishi de l’équipe NIMS. « Dans ce travail, nous avons développé un nouveau type de cristaux polymères dotés de bandes d’émission à largeur de raie très étroite, adaptés à la fabrication de la prochaine génération de micro-LED. » Ces LED spécialisées devraient être utilisées dans de nombreuses applications industrielles émergentes.
Le travail est basé sur des cristaux de polymère de lanthanide luminescents construits à partir de composants contenant un atome central d’europium (un élément lanthanide) complexé avec des groupes chimiques organiques environnants. La formation et l’agrégation des cristaux peuvent être contrôlées pour ajuster les propriétés optiques du produit en fonction de l’utilisation prévue. Les nanosphères du polymère se sont avérées offrir l’efficacité optique la plus élevée.
« L’aspect le plus innovant de notre recherche est qu’elle révèle que les cristaux polymères reliés par ce que l’on appelle des liaisons de coordination peuvent être utilisés comme une large gamme de luminophores fonctionnels et thermostables, de la taille nanométrique à la taille macro », explique Nakanishi.
Le prochain défi de l’équipe consiste à étendre la gamme de longueurs d’onde pouvant être utilisées pour exciter les matériaux. Les luminophores actuels sont stimulés par le rayonnement ultraviolet. Mais pour étendre leur utilité à de nombreuses autres applications, l’équipe espère passer à d’autres longueurs d’onde, notamment celles plus longues et donc à plus faible énergie.
En plus de leurs avantages d’efficacité d’émission lumineuse élevée et de stabilité thermique, les nouveaux luminophores sont également très faciles à cristalliser et facilement dispersables dans les solvants. Ces deux dernières propriétés les rendent bien adaptés à la fabrication à grande échelle qui sera nécessaire pour réaliser pleinement leur potentiel.
« Nous espérons que les sphères polymères à l’échelle nanométrique utilisant des polymères de coordination tels que les nôtres deviendront un nouveau matériau fluorescent polyvalent, comparable aux points quantiques actuellement mieux connus », conclut Nakanishi.
Plus d’information:
Takayuki Nakanishi et al, Métamorphose structurelle et propriétés photophysiques d’un polymère de lanthanide nano- et microcristallin thermostable avec chaînes de coordination flexibles, Science et technologie des matériaux avancés (2023). DOI : 10.1080/14686996.2023.2183711