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Wagenrad-Moleküle als Lichtquelle

Perfekte Antennen: Wie ringförmige Moleküle OLEDs heller machen.




Abbildung: Rastertunnelmikroskop-Bild einzelner Wagenradmoleküle, mit überlagerter chemischer Struktur eines Moleküls. [Bildnachweis: S. Jester, S. Höger, Universität Bonn]
Wagenradmoleküle

Ein Forscherteam der Universitäten Regensburg und Bonn hat mit Kollegen aus Utah (USA) neue molekulare Lichtquellen entwickelt, die die Form eines Wagenrads haben. Die Wissenschaftler um Prof. Dr. John Lupton von der Universität Regensburg und Prof. Dr. Sigurd Höger von der Universität Bonn konnten zeigen, dass die Moleküle die Helligkeit von organischen Leuchtdioden (OLEDs) beeinflussen könnten.

Die Forschungsergebnisse sind jetzt in der renommierten Fachzeitschrift 'Nature Chemistry' erschienen [siehe Artikelhinweis unten].

Bei der Entwicklung von OLEDs wurde bislang oft auf herkömmliche organische Halbleiter auf Polymerbasis zurückgegriffen. Diese kettenförmigen Makromoleküle bestehen aus kleinen Untereinheiten, die Licht abgeben, wenn man elektrischen Strom hindurchleitet. Sie sind zudem leicht zu verarbeiten. Allerdings weisen sie auch den Nachteil auf, dass Licht nicht optimal aus den OLEDs abstrahlen kann. Denn die kettenförmigen Polymere verhalten sich wie Antennen. Genauso wie bei Radio, WLAN oder Walkie-Talkie gibt es dabei günstige und weniger günstige Ausrichtungen der Antenne. Man spricht hier von der Polarisation: Antennen strahlen elektromagnetische Wellen ab, die in einer bestimmten Richtung schwingen.

Mit der Entwicklung der Wagenrad-förmigen Moleküle ist es den Forschern nun gelungen, den Nachteil der Polarisation auszuschalten. Nicht nur das: Die "Chemie" der Rad-Moleküle ist zudem identisch mit der "Chemie" der kettenförmigen Polymere, womit auch die wesentlichen physikalischen Eigenschaften übereinstimmen. Die Rad-Moleküle eignen sich demnach genauso gut für die Herstellung von OLEDs wie die herkömmlichen kettenförmigen Polymere. Ein weiterer offensichtlicher Vorteil: Alle Moleküle haben die gleiche Form, Farbe oder Orientierung.

Da alle einzelnen Moleküle in jede beliebige Richtung abstrahlen können, bilden sie gewissermaßen perfekte Antennen. Das Licht jedes einzelnen Moleküls ist unpolarisiert; es gibt keine Vorzugsrichtung für die elektromagnetische Welle.

Werden die symmetrischen Moleküle nun angeregt, so bildet sich ein elektrischer Dipol. Das Prinzip ähnelt dem einer elektrischen Kompassnadel: Im Molekül werden räumliche positive und negative Ladungen getrennt. Die Dipole zeigen - wie eine Kompassnadel - in eine bestimmte Richtung, die nun allerdings zufällig vorgegeben ist, da die Moleküle symmetrisch sind. Dies führt dazu, dass die Dipole beliebig abwechselnd in alle Richtungen zeigen. Somit wird das abgestrahlte Licht unpolarisiert.

Für die Entwicklung von OLEDs haben die neuen Moleküle demnach wesentliche Vorteile. So kann mit den Wagenrad-Molekülen im Prinzip eine höhere Lichtausbeute erreicht werden, was sich unter anderem auch auf die Helligkeit der Lichtquellen auswirkt.

Das Projekt wurde von der VolkswagenStiftung gefördert.


Zusatzinformationen:

A. Vikas Aggarwal, Alexander Thiessen, Alissa Idelson, Daniel Kalle, Dominik Würsch, Thomas Stangl, Florian Steiner, Stefan-S. Jester, Jan Vogelsang, Sigurd Höger, John M. Lupton:
Fluctuating exciton localization in giant p-conjugated spoked-wheel macrocycles.
In: Nature Chemistry; online veröffentlicht am 29. September 2013, DOI 10.1038/NCHEM.1758

Quelle: Universität Regensburg

 


Aktualisiert am 01.10.2013.



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