Līguma numurs 1.1.1.1/18/A/063
Projekta ilgums: 01.06.2019. -31.05.2022.
Projekta zinātniskais vadītājs: Dr. chem. Edgars Sūna
Atbildīgais no LU CFI puses: Dr. Phys. Aivars Vembris
Projekta īstenotāji: : Latvijas Organiskās Sintēzes Institūts, LU Cietvielu fizikas institūts
Rūpnieciskā pētījuma mērķis ir jauna tipa LEC iekārtas izstrāde tālākai izmantošanai apgaismes ierīcēs.
Projektam ir divi savstarpēji saistīti mērķi:
- Izstrādāt cietvielu emiterus LEC iekārtām, izmantojot jaunu pieeju agregācijas inducētās emisijas (AIE) sasniegšanai mazmolekulārajās un strukturāli vienkāršās organiskajās vielās. Emiteru dizainam tiks izmantota jauna un inovatīva pieeja, kura izmanto mijiedarbības starp aromātiskajām katjonajām π-sistēmām, lai sasniegtu cietfāzu luminescenci, un vienlaikus izvairītos no agregācijas izraisītās slāpēšanas (ACQ);
- Izstrādāt LEC iekārtas, izmantojot jauna tipa AIE emiterus. Optimizētus AIE emiterus saturošo LEC iekārtu elektroluminescences un elektrisko īpašību uzlabošanai plānots pārbaudīt dažādus elektrodu materiālus, ievadīt starpslāņus, regulēt aktīvā slāņa biezumu. Visefektīvākie AIE emiteri tiks izmantoti tintes printēšanas sistēmās.
Projekta galvenie pētniecības virzieni:
- Jaunu AIE emiteru dizains un sintēze, izmantojot mijiedarbības starp organiskiem katjoniem un aromātisko π-sistēmu;
- Iegūto AIE emiteru fotofizikālo, fotoelektrisko un termisko īpašību pētīšana (piem., fotoluminescences kvantu iznākumu, singleta un tripleta enerģijas, elektronu un caurumu transporta enerģijas līmeņus, lādiņu pārneses īpašības);
- Izstrādāto AIE emiteru saturošu LEC prototipu dizains, optimizēšana un izgatavošana.
Projekta īstenošanai tiks veikts starpdisciplinārs pētījums, kurš saskaņā ar OECD zinātņu nozaru klasifikāciju atbilst dabaszinātņu nozares (1.) ķīmijas zinātņu (1.4.) un fizikas zinātņu (1.3.) apakšnozarēm, kā arī inženiertehnoloģiju zinātņu nozares (2.) materiālzinātnes (2.5.) apakšnozarei. Plānotais ar saimniecisko darbību saistītais projekts sniegs ieguldījumu Latvijas Viedās Specializācijas stratēģijā (RIS3) minētajai specializācijas jomai “viedie materiāli, tehnoloģijas un inženiersistēmas”, un to īstenošanā tiks plaši iesaistīti jaunie zinātnieki, doktoranti un maģistrantūras studiju programmas studenti.
Projekta veikšanas vieta: Latvijas Organiskās Sintēzes Institūts (LOSI), Rīga, Latvija. Projekts tiks veikts sadarbībā ar Latvijas Universitātes Cietvielu Fizikas institūtu (CFI), Rīga, Latvija.
Projekta plānotās kopējās attiecināmās izmaksas ir 731,733.76 EUR, ko veido publiskais finansējums 475,626.94 EUR (65%) un privātais finansējums 256,106.82 EUR (35%).
Jaunumi par projektu
No 01.09.2021. līdz 30.11.2021.
No nominēto vadošo AIE izstarotāju plastificētām vienmērīgām plēvēm tika veidoti LEC prototipi. Perspektīvākais LEC prototips raksturojās ar maksimālo strāvas efektivitāti 6,08 cd/A un jaudas efektivitāti 3,28 lm/W.
Par projekta rezultātiem tika publicēts manuskripts starptautiskā zinātniskā izdevumā (https://doi.org/10.1002/open.202100191; Leduskrasts, K.; Suna, E. ChemistryOpen, 2021, 10, 1081-1086)
No 01.06.2021. līdz 31.08.2021.
No nominētajiem vadošajiem AIE izstarotājiem tika veidotas plastificētas plēves. Plastificēšanai izmantoja polimetil metakrilātu (PMMA) un polietilēna oksīdu (PEO) diapazonā no 1–80 masas procentiem attiecībā pret AIE izstarotāju. Diapazonā no 10-20% PMMA tika iegūtas vienmērīgas plēves, kas saglabāja fotoluminiscences kvantu iznākumus 50–80% diapazonā.
01.03.2021-30.05.2021
Pārskata periodā tika sintezēti pirīlija sāļu luminofori, kuri spēj veidot π+–π un π+–π+ mijiedarbības. Pētīti iegūti materiālu luminiscences dati cietvielā un šķīdumā. Noskaidrots, ka pirīlija fragmentu saturoši sāļi ir ļoti nestabili, ja pirīlija fragments nav aizvietots ar alkil grupām. Istabas temperatūrā stabili pirīlija luminofori izrādīja zemu emisijas efektivitāti cietvielā dizapazonā no 200–800 nm.
Pārskata periodā tika pētīta iespēja izmantot ķemmes tipa elektrodus jonu šķidrumu saturošu luminofora slāņu fotoelektriskai ierosināšana. Jonu škidrumos ķemmes tipa elektrodi nebija piemēroti slāņa ierosināšanai, jo tie būtiski deformējas.
Restrukturizēts un izmainīts iesniegtais manuskripts par π+–π un π+–π+ mijiedarbību veidošanu šķīdumos, parādot, ka kristāliskās fāzes mijiedarbības šķīdumā spēj nodrošināt starpmolekulāru lādiņa pārneses mehānismu.
01.12.2020-28.02.2021
Pārskata periodā tika nominēti 2 vadošie AIE izstarotāji, kuriem piemita izcilas cietvielu emisijas īpašības, kā arī tika pētīti šo materiālu luminiscences mehānismi cietvielā, amorfā vidē, šķīdumā un 77K matricās. Tika sintezēti luminofori, kas saturēja alifātiskus izvietotājus piridīnija gredzenā, luminoforu stabilitātes uzlabošanai. Tika noskaidrots, ka šada veida piridīnija gredzana stabilitātes uzlabošana noved pie zemākiem fotoluminiscences kvantu iznākumiem.
Pētīta iespēja samazināt piridīnija luinoforu kristalitāti plānās kārtās, izmantojot jonu šķidrumus kā piedevu. Jonu šķidrumu izmantošana nodrošināja amorfa slāņa veidošanos, bet tie izrādīja mazu noturību un žāvēšanas procesā. Tie sāka veidot nevienmērīgas lodītes, kas nav piemērotas Al anoda uzklāšanai.
Sagatavots un iesniegts manuskripts starptautiskā zinātniskā žurnālā par π+–π un π+–π+ mijiedarbību veidošanu šķīdumos skābes sensoru veidošanā.
01.09.2019-30.11.2020
Novērots, ka augsti kristāliski luminofori izrāda nesavietojamību ar plānu slāņu veidošanu. Šī iemesla dēļ tika attīstīta pieeja, kā izveidot vēlamās π+–π un π+–π+ mijiedarbības šķīdumos.
Pārbaudīta iepriekš izvēlēto alkilētu piridīnija luminiscento īpašību maiņa, mainot alkilētājreaģentu. Eksperimentu dati rāda, ka alkilfragmentam nav būtiska loma luminiscento īpašību maiņā.
Tika veidotas plānās kārtiņas no katjonajiem luminoforiem izmantojot spin-coating metodi no dažādiem šķīdinātājiem, izmantojot dažādu koncentrāciju šķīdumus. Tika noskaidrots, ka izveidotās kārtiņas ir augsti kristāliskas, kas noved pie uzklātā Al anoda saskares ar ITO katodu.
Publicēta publikācija „Aggregation induced emission in one easy step: pyridinium AIEgens and counter ion effect” (https://doi.org/10.1039/D0RA07137D; Leduskrasts, K.; Suna, E. RSC Adv., 2020, 10, 38107-38113).
01.06.2020-31.08.2020
Izveidoti protonēti katjonu tipa luminofori. Ar X-Ray strktūru analīzes datu palīdzību protonētiem luminoforiem tika noteikta luminiscento īpašību sakarība ar cietvielu struktūrām.
Visiem sintezētajiem savienojumiem tika noteiktas luminiscentās īpašības gan šķīdumos, gan cietvielās.
Izvirzīts vispiemērotākais anjons, iepriekš izvirzītajam luminofora alkilpiridīnija katjonam. Vispiemērotākās luminiscentās īpašības tika novērotas materiāliem, kuri satur perhlorāta (ClO4–) anjonu.
Sagatavots un iesniegts publicēšanai publikācijas manuskripts „Aggregation induced emission in one easy step:pyridinium AIEgens and counter ion effect”.
01.03.2020-31.05.2020
Pārskata periodā no X-Ray strktūru analīzes datiem tika izvēlētas mjiedarbīas, kas atbild par luminiscences pieaugumu cietvielās. Šīs mijiedarbības (π+–π un π+–π+) tika ieviestas jaunu luminoforu dizainā, kas tās satur ne tikai starpmolekulāri, bet arī iekšmolekulāri. Šo mijiedarbību klātbūtne tika noteikta ar X-Ray struktūru analīzi. Visiem sintezētajiem savienojumiem tika noteiktas luminiscentās īpašības gan šķīdumos, gan cietvielās. Tika izvirzīts potenciālais izstarošanas mehānisms, un veikti luminescences mērījumi, gan cietvielās, gan šķīdumos magnētiskā lauka un polarizētas ierosmes apstākļos, lai dotu ieskatu šajā mehānismā. Tika dizainēti mehānisma pētījumi istabas temperatūrā, kā arī 77K grādu temperatūrā.
Pārskata periodā tika pārbaudīta dažādi veidotu piemērotāko katjonu (piridīnija fragmentu) stabilitāte un noskaidrots, kā iegūt visstabilākos piridīnija fragmentus. Noskaidrots, ka no dizaina puses, vadošie AIE izstarotāji saturēs alkilētu piridīnija fragmentu kā attiecīgo lādēto daļu.
Veikta jonu šķīdumu kārtiņu izveidošana, raksturošana un jonu šķīdumu plānu kārtiņu elektroluminiscences pētījumi.
01.12.2019-29.02.2020
Pārskata periodā tika sintezēti specializēti luminoforu, kuros tieši katjonā daļa atbild par luminescentajām īpašībām. Noskaidrotas piemērotākās katjonās daļas luminoforu veidošanā. Izmantojot piemērotāko katjono luminofora daļu tika sintezēti luminofori ar dažādiem anjoniem. Ar X-Ray struktūru analīzi tika pētītas mijiedarbības, kas izraisa luminescences pieaugumu. Visiem sintezētajiem savienojumiem tika noteiktas luminiscentās īpašības gan šķīdumos, gan cietvielās.
Sintezēti dažādi veidotu piemērotāko katjonu (piridīnija fragmentu) strukturālie veidi.
Veikta jonu šķīdumu kārtiņu izveidošana, raksturošana un jonu šķīdumu plānu kārtiņu elektroluminiscences pētījumi.
01.06.2019-30.11.2019
Pārskata period paveiktais
- Sintezēti heteroaromātiskie AIE luminogēni, izmantojot heteroaromātiskā (piridīna un imidazola) slāpekļa atoma protonēšanu ar dažādām neorganiskajām un organiskajām skābēm. Visiem sintezētajiem organiskajiem sāļiem tika noteiktas UV-vis absobcijas un luminescences īpašības gan škīdumā, gan cietajā fāzē.
- Pētīta skābes anjona ietekme uz AIEgēnu luminescentajām īpašībām. Lai noskaidrotu cietfāzes luminescences mehānismu, visiem lādētajiem AIEgēniem tika mērīti oksidēšanās un reducēšanās potenciāli, izmantojot ciklisko voltamogrammas metodi. Iegūtās redokspoteciālu vērtības izmantotas HOMO un LUMO enerģijas līmeņu aprēķiniem, izmantojot ab initio DFT kvantu ķīmiskās metodes.
- Veikta Jonu šķīdumu plānu kārtiņu pagatavošana un optiskā raksturošana.
- Par projekta rezultātiem publicēta publikācija “Cation–π interactions secure aggregation inducedemission of planar organic luminophores”.