Ученые Южно-Уральского государственного университета впервые в мировой практике получили несимметричные молекулы нового типа. Они могут светиться в широком спектральном диапазоне: от видимого до инфракрасного. Новые вещества еще не имеют названия. Они получены синтетическим путем из доступных органических соединений.
«Для проведения реакции нам понадобился катализатор – палладий. В результате были образованы несимметричные гетероциклические молекулы, способные либо поглощать свет, либо его излучать. Особое внимание было уделено реакции С–Н-активации, с помощью которой были синтезированы перспективные светоизлучающие материалы», – поясняет кандидат химических наук, старший научный сотрудник научно-образовательного центра «Нанотехнологии» ЮУрГУ Тимофей Чмовж.
Суть изобретения заключается в проведении химической реакции между двумя молекулами, одна из которых содержит атом водорода, другая – атом брома. При взаимодействии их друг с другом и при участии палладиевых частиц образуются новые соединения, которых не существовало в природе.
Особая сложность заключалась в условиях получения акцепторного соединения. Ученые выяснили, что для введения атома брома в молекулу нужны высокие температуры (свыше 100 оС). Другое условие – проведение реакции в среде бромистоводородной кислоты. Сама химическая реакция продолжается от 12 до 16 часов.
«Реакция проводится в герметичной емкости, в которую помещается небромированное вещество и бромистоводородная кислота. Затем в емкость прикапывается бром, и в строго определенное время при 110 оС содержимое перемешивается. В результате химической реакции атом брома встраивается в молекулу. Эта молекула вводится в реакцию С–Н-активации с другими соединениями с образованием несимметричных производных, которые способны излучать свет», – говорит Тимофей Чмовж.
Созданные челябинскими учеными вещества предназначены для получения светоизлучающих устройств OLED, которые используются для осветительных устройств (лампы, дисплеи для смартфонов и цифровых фотоаппаратов). Они принципиально отличается от тех, что уже существуют на рынке.
«Во-первых, его стоимость ниже, потому что органические соединения более дешевые, – объясняет Тимофей Чмовж. – Но самое главное: устройство будет излучать благоприятный для организма человека свет. У многих конкурентов светоизлучающие вещества содержат синюю компоненту в своем спектре излучения, которая вредна для сетчатки глаза. Кроме того, наши органические соединения не содержат атомы тяжелых металлов».
Испытатели уже опробовали новую технологию в лабораторных условиях: нанесли свое уникальное вещество на твердую подложку и убедились, что устройство хорошо светится. Сейчас главная задача – протестировать изобретение на больших мощностях. Ученые намерены договориться с крупными предприятиями, которые занимаются производством LED-устройств. На то, чтобы наладить промышленное производство безопасных светодиодов в России, потребуется около года.