بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی اثر استخلاف در لیگاندهای متصل به اتم قلع بر روی خواص نوری کمپلکس ها و استفاده از آن ها در ساخت دیودهای نور گسیل، کمپلکس های از قلع با لیگاند -8هیدروکسی کینولین، [SnCl2 - Me-HQ - 2]، [SnCl2 - HQ - 2]، [SnCl2 - HQ-Cl - 2]، [SnCl2 - HQ-2Cl - 2] و [SnCl2 - HQ-NO2 - 2] سنتز و شناسایی شدند. طیف سنجی های IR و NMR و آنالیز عنصری برای شناسایی این کمپلکس ها به کار برده شد و نتایج نشان داد که کلیه این ترکیبات دارای ساختار متشابهی هستند. ساختار بلوری کمپلکس های [SnCl2 - HQ-2Cl - 2] و [SnCl2 - HQ-NO2 - 2] به وسیله پراش اشعه ایکس تعیین شد. ماکسیمم نوارهای نشری این ترکیبات نشان داد که ارتباط خوبی بین ماهیت الکترون دهندگی و الکترون کشندگی گروهای استخلافی بر روی لیگاند -8هیدروکسی کینولین و طول موج های نشری وجود دارد. استفاده از این ترکیبات به عنوان پیش ماده در تهیه دیودهای نورگسیل نشان داد که این ترکیبات می توانند به عنوان لایه نشری در تهیه ادوات نوری استفاده شوند.
واژه های کلیدی: دیود نورگسیل ؛ کمپلس های قلع - - IV ؛ خواص نوری؛ ساختار کریستالی
مقدمه
به علت نیاز بازار به قطعات نورگسیل برای ساخت ابزارها و صفحات نمایش و استفاده روز افزون از دیودهای نورگسیل با نور سفید اولین نسل دیودهای نورگسیل یعنی دیودهای نورگسیل غیر آلی به وجود آمدند. علی رغم اینکه دیودهای غیر آلی از روشنایی بالایی برخوردار بودند ولی هزینه ساخت آنها بالا بود و از نظراقتصادی مقرون به صرفه نبودند. از طرف دیگر طول موج نشری آنها قابل تغییر نبود و امکان طراحی و ساخت یک دیود با طول موج دلخواه وجود نداشت. از آن زمان تا کنون، کلیه تلاش ها در جهت ساخت دیودهایی با هزینه پایین و امکان تغییر طول موج بوده است .[1]
در سال های اخیر توجه به ساخت دیودهای نورگسیل آلی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
موادی که برای ساخت اینگونه دیودها استفاده می شوند به سه دسته تقسیم می شوند: - 1 رنگینه های آلی - 2 کمپلکس های فلزی کلیت شده - 3 پلیمرها. کمپلکس های فلزی به علت سادگی در سنتز، پایداری گرمایی بالا و نشر در ناحیه گسترده ای از طول موج ها، از اهمیت بالایی برخوردار هستند .[2] یون های فلزی که برای تهیه کمپلکس های فلزی جهت استفاده در ساخت دیودهای نورگسیل انتخاب می شوند باید از دسته فلزاتی باشند که انتقالات d-d از خود نشان ندهند. چون این انتقالات فلزی ممکن است درخواص لومینسانسی لیگاند دخالت کرده و بازده آن را کاهش دهد. به همین جهت از یون های آلومینیوم، بور، برلیم و روی تا به امروزبه طور گسترده در تهیه کمپلکس هایی با خواص نوری بالا استفاده شده است. تعداد زیادی از این کمپلکس ها نیز در تولید دیودهای نورگسیل استفاده شده اند.
چون بور، برلیم و آلومینیوم الکترون های d ندارند و روی به علت آرایش الکترونیd10 این نوع انتقالات را ندارد. این کمپلکس های فلزی می توانند هم به عنوان لایه انتقال دهنده الکترون هم به عنوان لایه نشری به کاربرده شوند. برخلاف استفاده گسترده از ترکیبات فوق در ساخت دیودهای نورگسیل از کمپلکس های قلع کمتر در این راستا استفاده شده است .[3] اگرچه کمپلکس های قلع - - IV شرایط لازم برای ساخت دیودهای نورگسیل را دارا می باشند. در کمپلس های قلع - IV - انتقالات درون فلزی - d-d - وجود ندارد که در خواص لومینسانسی لیگاند دخالت کرده و راندمان کوانتومی را کاهش دهد. با توجه به نکات بالا و شرایط الکترونی اتم قلع، بررسی خواص نوری کمپلکس های قلع و استفاده از آنها در ساخت دیودهای نورگسیل در این کار پژوهشی مورد توجه قرارگرفت. علاوه بر بررسی خواص نوری کمپلکس های قلع به بررسی اثر گروه های استخلافی برروی خواص فتولومینسانسی و الکترولومینسانسی آنها نیز پرداخته شد
بخش تجربی
برای سنتز کمپلکس های قلع - IV - با مشتقات -8هیدروکسی کینولین: - 1 - [SnCl2 - Me-HQ - 2]، - 2 - [SnCl2 - HQ - 2] - 3 - [SnCl2 - HQ-Cl - 2]، - 4 - [SnCl2 - HQ-2Cl - 2]، - 5 - [SnCl2 - HQ-NO2 - 2] لیگاند هیدروکسی کینولین - HQ - 1 - میلی مول - به یک محلولی از دی کلرید قلع 0/5 - میلی مول، 0/12 گرم - در 10 میلی لیتر دی متیل سولفوکسید افزوده شد. محلول به مدت دو ساعت در دمای محیط به هم زده شد و سپس محلول شفاف صاف شد. محلول جداسازی شده برای گرفتن بلورهای مناسب به روش تبخیر آهسته مورد استفاده قرار گرفت. بعد از یک هفته کریستال های زرد رنگ مناسب تشکیل وجداسازی شد.
تهیه دیود های نورگسیل با استفاده از کمپلکس های تهیه شده ساختار کلی دیود های تهیه شده به صورت زیر می باشد:برای تهیه نمونه تمیز کردن سطح شیشه که به وسیلهITO1 لایه نشانی شده است اولین مرحله می باشد. برای شتشو از حلالهای مختلف استفاده می شود تا بر اساس نوع حلال آلودگی های مواد آلی و معدنی از سطح لایه جدا شود. قبل از شستشو ابتدا شیشه های ITO در محلول آب و مایع شوینده خوب شستشو داده می شود. استفاده از دستکش در تمام این مراحل ضروری است زیرا چربی ها و آلودگی های دست بسیار مستعد هستند که می توانند سطح ITO را آلوده نمایند.
بعد از این که ITO ها در محلول شسته شدند آنها را در ظرف در بسته حاوی آب مقطر قرار داده و در داخل آلتراسونیک به مدت 15 دقیق نگهداری می کنند هر چه زمان نگهداری درآلتراسونیک بیشتر باشد شستشوی سطح بهتر خواهد بود. ترتیب شستشوی ITO و حلال های مورد استفاده در فرآیند شستشوعبارتند از: آب مقطر دی یونیزه، استون، دی کلرو اتان، متانول، استون و آب مقطر دی یونیزه است. بعد از تکمیل مراحل شستشو نمونه در داخل آون قرار می گیرد تا باقیمانده مولکول های حلال از خلل و فرج آن خارج شود. بعد از این نمونه آماده است تا لایه نشانی ها بر روی آن انجام گیرد. تا قبل از استفاده، ITO ها در یک ظرف به دور از آلودگی گرد و غبار نگهداری می شوند. PEDOT:PSS 2 به عنوان لایه تزریق کننده حفره - HIL - 3 به صورت چرخشی برروی نمونه تهیه شده لایه نشانی می شود.
PEDOT:PSS به صورت محلول در آب، آماده خریداری می باشد. استفاده از این لایه موجب کاهش سد تزریق شده و تزریق حفره ها در ولتاژهای کاری پایین تر را امکان پذیر می کند. PEDOT یک پلیمر رسانا دارای رسانندگی نزدیک به 1000S/cmاست و جذب کمی در نور مرئی دارد. پلیمر PSS برای ایجاد حلالیت در آب به این ماده اضافه می شود. ضخامتلایه 100 نانومتر است که به روش لایه نشانی چرخشی لایه نشانی می شود. سپس نمونه در داخل آون قرار داده شده و به مدت 15 دقیقه در دمای ثابت 120 قرار می گیرد.این عمل موجب تبخیر حلال شده و از سوی دیگر در میزان یکنواختی سطح بسیار موثر است. تحت هر شرایطی که از یکنواختی و صاف بودن سطح کاسته شود تزریق بار به لایه های بعدی مشکل خواهد شد.
در مرحله سوم PVK4، PBD5 و کمپلکس مورد نظر بانسبت 100:40:10 در دی متیل فرم آلدهید حل شد و برروی نمونه لایه نشانی می شوند. بعد از لایه نشانی نمونه به مدت 1 ساعت در دمای80 C درجه در داخل آون قرار می گیرد. در مرحله آخر یک قطعه آلومینیومی به عنوان کاتد برروی نمونه تهیه شده با فشار8× 10-5 میلی بار قرار می گیرد. PVK به عنوان انتقال دهنده حفره و PBD به عنوان انتقال دهنده الکترون با هم یک محیط دو قطبی را ایجاد می کنند. اولی پلیمر و دومی مولکول کوچک است که هر دو با هم کار انتقال حامل به ماده سومی - کمپلکس قلع - که به عنوان رنگینه شناخته می شود را بر عهده دارند . ساختار کلی دیودهای تهیه شده در شکل 1 نشان داده شده است.
نتایج و بحث
در جهت بررسی اثر ساختار کمپلکس های قلع برروی خواص نوری آنها یک سری از کمپلکس های قلع - - IV تهیه شدند که در این دسته از کمپلکس های قلع کلیه فاکتورها به جز استخلاف های لیگاندهای کوئوردینه شده به اتم قلع ثابت نگه داشته شدند. هدف ازطراحی این دسته از ترکیبات قلع بررسی اثر استخلاف های لیگاندهای کمپلکس های قلع برروی خواص نوری کمپلکس ها بود.-8هیدروکسی کینولین - شکل - 2 یکی از لیگاند هایی است که خواص فتولومینسانسی بالایی دارد. کمپلکس های زیادی با فلزات عناصر اصلی و واسطه با این لیگاند گزارش شده است که از بین این کمپلکس ها تعدادی که فلز مرکزی آنها شرایط لازمه را دارد در ساخت دیودهای نورگسیل استفاده شده اند .[ 4-9 ] بررسی ها نشان داده که کمپلکس های حاصله از مشتقات این لیگاند خواص الکترولومینسانسی خوبی از خود بروز می دهند.
شکل -2 ساختار لیگاند -8هیدروکسی کینولین آلومینیوم تریس -8 هیدروکسی کینولن - 6شکل - 3 یکی از ترکیباتی است که امروزه به طور گسترده در ساخت دیودهای نورگسیل استفاده می شود .[10-12] با توجه به پیشینه خوبی که کمپلکس های -8هیدروکسی کینولین در ساخت دیودهای نورگسیل از خود نشان داده اند در این کار پژوهشی ما علاقمند به سنتز کمپلکس های قلع با لیگاند -8 هیدروکسی کینولین شدیم. بعلاوه، از لیگاند -8هیدروکسی کینولین با استخلاف های متفاوت برای بررسی اثراستخلاف ها بر روی خواص نوری کمپلکس ها و دیودهای حاصله از این کمپلکس ها استفاده شد، به منظور اینکه طول موج نشری از این کمپلکس ها کنترل شود.
