Científicos de la Universidad Estatal de Novosibirsk (NSU) han presentado un nuevo enfoque para el desarrollo de materiales para diodos orgánicos emisores de luz (OLED) utilizando inteligencia artificial. El método se basa en redes neuronales de grafos que predicen las propiedades de las moléculas con fluorescencia retardada térmicamente activada (TADF), lo que acelera la creación de emisores más eficientes para pantallas de nueva generación.
TADF es un tipo especial de luminiscencia molecular que permite crear pantallas OLED más eficientes y brillantes. Funciona de la siguiente manera:
- Fluorescencia ordinaria: la molécula recibe energía (por ejemplo, de la electricidad) e inmediatamente emite luz.
- El problema de los OLED clásicos: parte de la energía se pierde en forma de estados "oscuros" (tripletes) que no emiten luz.
- TADF resuelve este problema: gracias a la estructura especial de la molécula, la energía de los tripletes se convierte de nuevo en luz mediante el movimiento térmico de los átomos.
La tecnología OLED se utiliza ampliamente en teléfonos inteligentes, televisores y dispositivos portátiles gracias a su alto contraste y eficiencia energética. Sin embargo, el desarrollo de nuevos materiales requiere cálculos y experimentos complejos. Los investigadores de Novosibirsk propusieron una solución: en lugar del modelado químico cuántico tradicional, utilizaron redes neuronales de grafos que analizan la estructura de las moléculas y predicen sus propiedades ópticas.
Gracias a su naturaleza orgánica, estos materiales permiten crear pantallas muy ligeras, brillantes, contrastadas y energéticamente eficientes para pantallas de teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles, relojes inteligentes y muchos otros dispositivos. En el mundo se están buscando activamente nuevos materiales eficaces que puedan utilizarse en la tecnología OLED. El modelado informático permite predecir muchas propiedades con bastante precisión y estudiar las propiedades de las moléculas in silico antes de que se sinteticen en un matraz. Estas investigaciones también se llevan a cabo en nuestro laboratorio.
Se presta especial atención a los emisores TADF multirresonantes, que tienen una banda de emisión estrecha, lo cual es fundamental para una reproducción precisa del color. A diferencia de los materiales OLED tradicionales, donde los grupos donantes y aceptores están conectados por enlaces flexibles, el nuevo enfoque utiliza estructuras rígidas basadas en átomos de boro y nitrógeno. Esto reduce la pérdida de energía y mejora la pureza del color.
Los emisores OLED modernos son un par de grupos donantes y aceptores de electrones conectados a través de un puente. Esta unión de donante y aceptor asegura una diferencia mínima en la energía entre dos estados excitados de tal molécula —singlete y triplete— y permite convertir todos los estados triplete "oscuros" (no emisores) en singletes capaces de emitir luz mediante TADF. Sin embargo, tal construcción tiene una desventaja significativa, ya que las partes del donante y el aceptor no están conectadas rígidamente entre sí, y las geometrías de los estados excitados y no excitados difieren mucho, se gasta mucha energía en este cambio, lo que lleva a un ensanchamiento del espectro de emisión de la molécula. El ancho del espectro afecta directamente la percepción del color del píxel, por ejemplo, no se vuelve azul, sino azul verdoso.
Ya se ha sintetizado la primera molécula con una banda de emisión estrecha (25 nm), que muestra una brillante fluorescencia verde. Los siguientes objetivos son los emisores azul y rojo, necesarios para las pantallas a todo color.
El trabajo se llevó a cabo como parte de un proyecto apoyado por el Ministerio de Ciencia y Educación Superior de Rusia.
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