研究人员开发了一种新颖的分析模型，揭示了热活化延迟荧光（TADF）材料中激子动力学的动力学过程。
有机发光二极管（OLED）是一种利用有机化合物发光的电致发光器件。与传统LED相比，OLED效率更高，可制成超薄柔性材料，并能提供更高的图像动态范围。为了持续改进OLED性能，世界各地的研究人员正在深入研究驱动该技术的基础化学和物理原理。
在九州大学，一个研究团队开发了一种新的分析模型，该模型能够捕捉OLED材料中激子动力学的动态变化。他们的研究成果发表在《自然-通讯》期刊上，有望帮助延长OLED器件的寿命，并加速开发更先进、更高效的材料。
激子在荧光中的作用
OLED通过激子（即受激发的电子）的作用产生光。当能量施加到原子上时，电子吸收能量并跃迁到更高的能级。当它们返回原始状态时，会通过荧光释放光。激子可以处于单重态（标记为S1）或三重态（标记为T1）。只有当激子从单重态跃迁时才会发生荧光。
展开剩余56%“幸运的是，激子可以在三重态和单重态之间转移。因此，如果我们能将三重态激子转化为单重态，荧光效率就会大幅提高，”领导这项研究的九州大学有机光子学与电子学研究中心（OPERA）主任安达千波矢教授解释道。“OLED研究的一个重大突破是热活化延迟荧光（TADF）材料的开发。这些材料旨在缩小S1和T1之间的‘能隙’，使得T1激子更容易转移到S1态，从而产生更多荧光。”
测量能隙的挑战
理解TADF材料中S1和T1之间的能隙对于评估OLED材料的效率以及测试新材料的效能都至关重要。然而，由于固有的主观性和条件假设，测试这一能隙的标准方法有时并不可靠。
“在开发新的TADF材料时，我们采用量子计算来预测这个能隙，表示为ΔEst。然而，理论上计算所有电子的行为以确定准确的激发态构型是不可行的。因此，为了降低计算成本，我们通常基于某些假设进行工作。但这导致了实验数据与估算数据之间存在差异，”该研究的第一作者、助理教授土屋洋一解释道。
“为了弥合理论与实验方法之间的差距，我们的团队致力于开发一个能够更准确估算ΔEst的模型。我们的新分析方法采用了物理化学的几个基础理论，并考虑了三重态能级之间的激子转移。”
准确描述有机分子的激发态结构是迄今为止一直难以深入探索的领域。该团队希望他们的工作不仅有助于高性能发光材料的研发，还能为光化学的进一步突破铺平道路。
“这种新的分析方法也将应用于其他类型的TADF材料，帮助我们阐明未来OLED研究中的激子动力学，”安达总结道。“我们还希望探索利用人工智能来准确预测新材料的特性。”
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