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台大突破半世紀理論瓶頸 OLEDs近紅外光運用再升級

台大化學系教授周必泰團隊克服半世紀以來的能量間隔定律障礙,製成高效率近紅外有機電致發光元件,讓OLEDs在近紅外的應用,如生醫紅外影像、紅外線醫療、手機紅外辨識、測距與夜視等的大面積二維化及可撓式元件邁進一大步。本報資料照片
台大化學系教授周必泰團隊克服半世紀以來的能量間隔定律障礙,製成高效率近紅外有機電致發光元件,讓OLEDs在近紅外的應用,如生醫紅外影像、紅外線醫療、手機紅外辨識、測距與夜視等的大面積二維化及可撓式元件邁進一大步。本報資料照片

台大化學系教授周必泰團隊克服半世紀以來的能量間隔定律障礙,製成高效率近紅外有機電致發光元件,讓OLEDs在近紅外的應用,如生醫紅外影像、紅外線醫療、手機紅外辨識、測距與夜視等的大面積二維化及可撓式元件邁進一大步。研究成果6月登上國際期刊「自然光電」。

紅外線波長越長越紅,台大表示,周必泰日前將有機電致發光(OLEDs)波長推至740奈米波長,一般可見光約400到700奈米,達24%的發光效率,仍是近紅外OLEDs的世界紀錄。這讓團隊思考,為何半世紀以來在「能量間隔定律」理論設限下,有機材料還能在近紅外區放強光。

周必泰說,「能量間隔定律」就是當有機分子的「發光能量」趨近到近紅外光區時,原本要放光的激子的振動波函數,會跟基態高振動的波函數產生干涉作用,以致於在激子/振動的互相重疊,也就是科學上稱「耦合」(coupling)下,本來該放光的激子卻經由振動緩解,以熱的型式消散下來。當能階的間隔愈小時,耦合就愈強,放光效率就愈差。有機或有機金屬材料要在700至800奈米有高放光效率相當稀少,若放光要在大於800奈米則更是鳳毛麟角。

台大表示,周必泰合成新的鉑金屬化合物,藉著鉑與鉑間的作用力,成功達成分子自組裝的目標。隨著自組裝排列愈長,激子數目愈多,分布的振動能愈下降,也就是激子/振動的耦合力愈減弱,放光效率就愈強。團隊一舉將鉑金屬錯合物的放光波長推到空前的960奈米。

台大表示,該校化學系博士生魏佑臣利用先進的雙激子吸收瞬態光譜,求得八到九個鉑金屬化合物排列是有效的激子共振範圍,這也是首次在國內架設相關精準實驗來驗證整個實驗構想。利用理論及實驗互相印證,他們打破半世紀以來大家認為有機強紅外發光是不可能達成的瓶頸,將引領未來在近紅外有機發光領域的學術基礎研究,以及促進紅外光產業應用契機。

奈米 台大

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