ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2024-24-4-571-577ntv-211Research ArticleНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИMATERIAL SCIENCE AND NANOTECHNOLOGIESЭлектролюминесценция новых координационных соединений ионов европия с β-дикетонами, уксусной и масляной кислотамиElectroluminescence of new coordination compounds of europium ions with β-diketones, acetic and butyric acidshttps://orcid.org/0000-0001-9556-4885ОсадченкоА. В.OsadchenkoA. V.

Осадченко Анна Владимировна — младший научный сотрудник

Москва, 119991

Anna V. Osadchenko — Junior Researcher

Moscow, 119991

anna.vl.osadchenko@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3906-0735АмброзевичС. А.AmbrozevichS. A.

Амброзевич Сергей Александрович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Москва, 119991

Sergey A. Ambrozevich — PhD (Physics & Mathematics), Senior Researcher

Moscow, 119991

s.ambrozevich@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1502-6460ЗахарчукИ. А.ZakharchukI. A.

Захарчук Иван Александрович — младший научный сотрудник

Москва, 119991

Ivan A. Zakharchuk — Junior Researcher

Moscow, 119991

zakharchukia@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2084-5900ВащенкоА. А.VashchenkoA. A.

Ващенко Андрей Александрович — кандидат физико-математических наук, заведующий отделом

Москва, 119991

Andrey A. Vashchenko — PhD (Physics & Mathematics), Head of Department

Moscow, 119991

vashchenkoaa@lebedev.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1944-1546ДайбагеД. С.DaibagyaD. S.

Дайбаге Даниил Саюзович — младший научный сотрудник

Москва, 119991

Daniil S. Daibagya — Junior Researcher

Moscow, 119991

daibagya@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-4244-8968РыжовА. В.RyzhovA. V.

Рыжов Александр Вячеславович — заместитель директора по разработке новых продуктов

Москва, 129626

Alexandr V. Ryzhov — Deputy Director for New Product Development

Moscow, 129626

rigov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3191-5591ПевцовД. Н.PevtsovD. N.

Певцов Дмитрий Николаевич — химик-технолог, инженер-технолог, младший научный сотрудник

Москва, 129626

Долгопрудный, 141701

Черноголовка, 142432

Dmitry N. Pevtsov — Chemical Technologist, Process Engineer, Junior Researcher

Moscow, 129626

Dolgoprudny, 141701

Chernogolovka, 142432

 

 

pevtsov.dn@mipt.ruhttps://orcid.org/0009-0004-8286-8782ПевцовН. В.PevtsovN. V.

Певцов Николай Валерьевич — директор по разработке новых продуктов

Москва, 129626

Nikolai V. Pevtsov — Director for New Product Development

Moscow, 129626

3372@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4007-6291СелюковА. С.SelyukovA. S.

Селюков Александр Сергеевич — кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник

Москва, 119991

Alexandr S. Selyukov — PhD (Physics & Mathematics), Junior Researcher

Moscow, 119991

selyukov@lebedev.ruФизический институт им. П.Н. Лебедева РАНРоссияLebedev Physical Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationООО «Химтех»РоссияLimited Liability Company “Khimtekh”Russian FederationООО «Химтех»; Московский физико-технический институт; Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАНРоссияLimited Liability Company “Khimtekh”; Moscow Institute of Physics and Technology; Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RASRussian Federation202411122024244571577Copyright © Осадченко А.В., Амброзевич С.А., Захарчук И.А., Ващенко А.А., Дайбаге Д.С., Рыжов А.В., Певцов Д.Н., Певцов Н.В., Селюков А.С., 20242024Осадченко А.В., Амброзевич С.А., Захарчук И.А., Ващенко А.А., Дайбаге Д.С., Рыжов А.В., Певцов Д.Н., Певцов Н.В., Селюков А.С.Osadchenko A.V., Ambrozevich S.A., Zakharchuk I.A., Vashchenko A.A., Daibagya D.S., Ryzhov A.V., Pevtsov D.N., Pevtsov N.V., Selyukov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/211

Введение. Представлены результаты создания и исследования органических светоизлучающих светодиодов на основе координационных соединений ионами европия (Eu3+) c β-дикетонами, уксусной и масляной кислотами. Актуальность работы обусловлена активным поиском новых материалов для создания оптоэлектронных устройств с высокими люминесцентными характеристиками. Одной из таких характеристик является высокая чистота цвета, которая достигается за счет использования материалов с узкополосной люминесценцией, например, соединений на основе ионов Eu3+. Метод. Синтезированы комплексы на основе Eu3+ с 1,1,1-трифтор-4-фенил-2,4-бутандионом и уксусной Eu(Cl)(Btfa)(СН3COO) (соединение 1), а также масляной Eu(Btfa)2(СН3(СН2)3COO) (соединение 2) кислотами. Светодиоды синтезированных соединений изготовлены при помощи комбинированной методики, включающей методы центрифугирования и термического напыления в вакууме. Характеристики светодиодов измерены методами оптической спектроскопии. Для исследования оптических свойств комплексов порошкообразные образцы соединений 1 и 2 помещались между двух кварцевых подложек. Спектры фотолюминесценции регистрировались с помощью спектрометра СДЛ-1, светодиода, с длиной волны излучения 365 нм и фотоэлектронного умножителя, работающего в линейном режиме. Спектры электролюминесценции получены при помощи спектрометра Ocean Optics Maya 2000 PRO. Основные результаты. В спектре фотолюминесценции исследованных комплексов наблюдалась характерная для ионов Eu3+ линейчатая структура. В спектре электролюминесценции также присутствует излучение, характерное для ионов Eu3+. Помимо него в коротковолновой области наблюдается дополнительная широкая полоса с максимумом излучения на длине волны 390 нм и с шириной на полувысоте 61 нм. Рабочее напряжение светодиода составило 10 В. Для исследованных светодиодов наблюдалось характерное «холодное» белое свечение. Обсуждение. В спектрах фото- и электролюминесценции для исследованных комплексов обнаружены следующие основные переходы: 5D0 → 7F0 (максимумы на длинах волн λ1 = λ2 = 580 нм для соединений 1 и 2), 5D0 → 7F1 (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ1 = 587 нм, λ2 = 593 нм, λ3 = 600 нм для соединения 1 и λ1 = 592 нм, λ2 = 599 нм для соединения 2), 5D0 → 7F2 (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ1 = 614 нм, λ2 = 619 нм, λ3 = 623 нм для соединения 1 и λ1 = 614 нм, λ2 = 618 нм, λ3 = 620 нм для соединения 2), 5D0 → 7F3 (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ1 = 648 нм, λ2 = 652 нм, λ3 = 655 нм для соединения 1 и λ1 = 652 нм, λ2 = 655 нм для соединения 2). Наблюдаемая в спектре электролюминесценции широкая полоса, возникает за счет вклада дырочного транспортного слоя и обусловлена сквозным протеканием носителей заряда через активный излучающий слой, что приводит к возникновению рекомбинации в PVK слое OLED. Анализ вольтамперных характеристик изготовленных устройств показал, что для них характерны два основных режима проводимости: ограничение тока пространственным зарядом (0–7 В) и ограничение, обусловленное процессами захвата носителей заряда (7–23 В). Результаты данной работы могут быть использованы при производстве устройств промышленного освещения.

In this work, organic light-emitting LEDs based on Eu3+ coordination compounds with β-diketones and acetic and butyric acids were created and studied. At the moment, an active search is underway for new materials to create optoelectronic devices with high luminescent characteristics. One of these characteristics is high color purity and it can be achieved through the use of materials with narrow-band luminescence, for example, compounds based on Eu3+ ions. Complexes based on Eu3+ with 1,1,1-trifluoro4-phenyl-2,4-butanedione and acetic Eu(Cl)(Btfa)(CH3COO) (compound 1), butyric Eu(Btfa)2(CH3(CH2)3COO) (compound 2) acids were synthesized. The LEDs of the synthesized compounds were manufactured using a combined technique including the method of centrifugation and the method of thermal spraying in vacuum. The characteristics of the LEDs were measured by optical spectroscopy. To study the optical properties of the complexes, the powder was placed between two quartz substrates. Photoluminescence spectra were recorded using a SDL-1 spectrometer, an LED with a wavelength of 365 nm and a photoelectronic multiplier operating in linear mode. Electroluminescence spectra were obtained using the Ocean Optics Maya 2000 PRO spectrometer. A linear structure characteristic of Eu3+ ions was observed in the photoluminescence spectrum of the studied complexes. In the electroluminescence spectrum, radiation characteristic of Eu3+ ions is also observed, in addition to it, an additional wide band with a maximum at a wavelength of 390 nm and a half-height width of 61 nm is observed in the short-wavelength region. The operating voltage of the LED was 10 V. A characteristic “cold” white glow was observed for the studied LEDs. In the spectra of photos- and electroluminescence the following main transitions were found for the studied complexes: 5D0→ 7F0 (maxima at wavelengths λ1 = λ2 = 580 nm for compounds 1 and 2), 5D0 → 7F1 (split band, with maxima at wavelengths λ1 = 587 nm, λ2 = 593 nm, λ3 = 600 nm for the compound 1 and λ1 = 592 nm, λ2 = 599 nm for compound 2), 5D0 → 7F2 (split band, with maxima at wavelengths λ1 = 614 nm, λ2 = 619 nm, λ3 = 623 nm for compound 1 and λ1 = 614 nm, λ2 = 618 nm, λ3 = 620 nm for junction 2), 5D0 → 7F3 (split band, with maxima at wavelengths λ1 = 648 nm, λ2 = 652 nm, λ3 = 655 nm for junction 1 and λ1 = 652 nm, λ2 = 655 nm for compound 2). The wide band observed in the electroluminescence spectrum arises due to the contribution of the hole transport layer, due to the through flow of charge carriers through the active radiating layer, which leads to recombination in the PVK OLED layer. An analysis of the volt-ampere characteristics of the manufactured devices showed that they are characterized by two main conduction modes: the first corresponds to a limitation of the current by a spatial charge (0–7 V), the second is a limitation due to the processes of capture of charge carriers (7–23 V). The results of this work can be used in the production of industrial lighting.

фотолюминесценцияэлектролюминесценцияOLEDевропийEu3+β-дикетоныкоординационные соединенияуксусная кислотамасляная кислотаphotoluminescenceelectroluminescenceOLEDEuropiumEu3+β-diketonescoordination compoundsacetic acidbutyric acidReferencesВащенко А.А., Витухновский А.Г., Лебедев В.С., Селюков А.С., Васильев Р.Б., Соколикова М.С. Органический светоизлучающий диод на основе плоского слоя полупроводниковых нанопластинок CdSe в качестве эмиттера // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2014. Т. 100. № 2. С. 94–98. https://doi.org/10.7868/S0370274X14140045Vashchenko A.A., Vitukhnovskii A.G., Lebedev V.S., Selyukov A.S., Vasiliev R.B., Sokolikova M.S. Organic light-emitting diode with an emitter based on a planar layer of CdSe semiconductor nanoplatelets. JETP Letters, 2014, vol. 100, no. 2, pp. 86–90. https://doi.org/10.1134/S0021364014140124Селюков А.С., Витухновский А.Г., Лебедев В.С., Ващенко А.А., Васильев Р.Б., Соколикова М.С. Электролюминесценция коллоидных квазидвумерных полупроводниковых наноструктур CdSe в гибридном светоизлучающем диоде // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2015. Т. 147. № 4. С. 687–701.Selyukov A.S., Vitukhnovskii A.G., Lebedev V.S., Vashchenko A.A., Vasiliev R.B., Sokolikova M.S. Electroluminescence of colloidal quasi-two-dimensional semiconducting CdSe nanostructures in a hybrid light-emitting diode. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2015, vol. 120, no. 4. pp. 595–606. https://doi.org/10.1134/S1063776115040238Осадченко А.В., Ващенко А.А., Захарчук И.А., Дайбаге Д.С., Амброзевич С.А., Володин Н.Ю., Чепцов Д.А., Долотов С.М., Травень В.Ф., Авраменко А.И., Семенова С.Л., Селюков А.С. Органические светоизлучающие диоды с новыми красителями на основе кумарина // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 6. С. 1112– 1118. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1112-1118Osadchenko A.V., Vashchenko A.A., Zakharchuk I.A., Daibagya D.S., Ambrozevich S.A., Volodin N.Yu., Cheptsov D.A., Dolotov S.M., Traven V.F., Avramenko A.I., Semenova S.L., Selyukov A.S. Organic light-emitting diodes with new dyes based on coumarin. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2022, vol. 22, no. 6, pp. 1112–1118. (in Russian). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1112-1118Kim J.Y., Joo C.W., Lee J., Woo J.-C., Oh J.-Y., Baek N.S., Chu H.Y., Lee J.-I. Save energy on OLED lighting by a simple yet powerful technique // RSC Advances. 2015. V. 5. N 11. P. 8415–8421. https://doi.org/10.1039/C4RA10434JKim J.Y., Joo C.W., Lee J., Woo J.-C., Oh J.-Y., Baek N.S., Chu H.Y., Lee J.-I. Save energy on OLED lighting by a simple yet powerful technique. RSC Advances, 2015, vol. 5, no. 11, pp. 8415–8421. https://doi.org/10.1039/C4RA10434JPode R. Organic light emitting diode devices: An energy efficient solid state lighting for applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. V. 133. P. 110043. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110043Pode R. Organic light emitting diode devices: An energy efficient solid state lighting for applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2020, vol. 133, pp. 110043. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110043Kitagawa Y., Tsurui M., Hasegawa Y. Steric and electronic control of chiral Eu(III) complexes for effective circularly polarized luminescence // ACS Omega. 2020. V. 5. N 8. P. 3786–3791. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b03613Kitagawa Y., Tsurui M., Hasegawa Y. Steric and electronic control of chiral Eu(III) complexes for effective circularly polarized luminescence. ACS Omega, 2020, vol. 5, no. 8, pp. 3786–3791. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b03613Tanwar V., Singh S., Gupta I., Kumar P., Kumar H., Mari B., Singh D. Preparation and luminescence characterization of Eu(III)-activated Forsterite for optoelectronic applications // Journal of Molecular Structure. 2022. V. 1250. P. 131802. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.131802Tanwar V., Singh S., Gupta I., Kumar P., Kumar H., Mari B., Singh D. Preparation and luminescence characterization of Eu(III)- activated Forsterite for optoelectronic applications. Journal of Molecular Structure, 2022, vol. 1250, pp. 131802. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.131802Varaksina E.A., Taydakov I.V., Ambrozevich S.A., Selyukov A.S., Lyssenko K.A., Jesus L.T., Freire R.O. Influence of fluorinated chain length on luminescent properties of Eu3+ β-diketonate complexes // Journal of Luminescence. 2018. V. 196. P. 161–168. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.12.006Varaksina E.A., Taydakov I.V., Ambrozevich S.A., Selyukov A.S., Lyssenko K.A., Jesus L.T., Freire R.O. Influence of fluorinated chain length on luminescent properties of Eu3+ β-diketonate complexes. Journal of Luminescence, 2018, vol. 196, pp. 161–168. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.12.006Ilmi R., Zhang D., Dutra J.D.L., Dege N., Zhou L., Wong W.-Y., Raithby P.R., Khan M.S. A tris β-diketonate europium(III) complex based OLED fabricated by thermal evaporation method displaying efficient bright red emission // Organic Electronics. 2021. V. 96. P. 106216. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2021.106216Ilmi R., Zhang D., Dutra J.D.L., Dege N., Zhou L., Wong W.-Y., Raithby P.R., Khan M.S. A tris β-diketonate europium(III) complex based OLED fabricated by thermal evaporation method displaying efficient bright red emission. Organic Electronics, 2021, vol. 96, pp.106216. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2021.106216Kozlov M.I., Kuznetsov K.M., Goloveshkin A.S., Burlakin A., Sandzhieva M., Makarov S.V., Ilina E., Utochnikova V.V. Solutionprocessed OLED based on a mixed-ligand europium complex // Materials. 2023. V. 16. N 3. P. 959. https://doi.org/10.3390/ma16030959Kozlov M.I., Kuznetsov K.M., Goloveshkin A.S., Burlakin A., Sandzhieva M., Makarov S.V., Ilina E., Utochnikova V.V. Solutionprocessed OLED based on a mixed-ligand europium complex. Materials, 2023, vol. 16, no. 3, pp. 959. https://doi.org/10.3390/ma16030959Wang P., Chai C., Wang F., Chuai Y., Chen X., Fan X., Zou D., Zhou Q. Single layer light-emitting diodes from copolymers comprised of mesogen-jacketed polymer containing oxadiazole units and PVK // Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 2008. V. 46. N 5. P. 1843–1851. https://doi.org/10.1002/pola.22529Wang P., Chai C., Wang F., Chuai Y., Chen X., Fan X., Zou D., Zhou Q. Single layer light-emitting diodes from copolymers comprised of mesogen-jacketed polymer containing oxadiazole units and PVK. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2008, vol. 46, no. 5, pp. 1843–1851. https://doi.org/10.1002/pola.22529Yin Y., Lü Z., Deng Z., Liu B., Mamytbekov Z.K., Hu B. White-lightemitting organic electroluminescent devices with poly-TPD as emitting layer // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2017. V. 28. N 24. P. 19148–19154. https://doi.org/10.1007/s10854-017-7871-9Yin Y., Lü Z., Deng Z., Liu B., Mamytbekov Z.K., Hu B. Whitelight- emitting organic electroluminescent devices with poly-TPD as emitting layer. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2017, vol. 28, no. 24, pp. 19148–19154. https://doi.org/10.1007/s10854-017-7871-9Дайбаге Д.С., Захарчук И.А., Осадченко А.В., Селюков А.С., Амброзевич С.А., Скориков М.Л., Васильев Р.Б. Люминесцентные и колориметрические свойства ультратонких наносвитков селенида кадмия // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2023. T. 50. № 11. С. 83–91.Daibagya D.S., Zakharchuk I.A., Osadchenko A.V., Selyukov A.S., Ambrozevich S.A., Skorikov M.L., Vasiliev R.B. Luminescence and colorimetric properties of ultrathin cadmium selenide nanoscrolls. Bulletin of the Lebedev Physics Institute, 2023, vol. 50, no. 11, pp. 510–514. https://doi.org/10.3103/S1068335623110118Zhu Y.B., Geng K., Cheng Z.S., Yao R.H. Space-charge-limited current injection into free space and trap-filled solid // IEEE Transactions on Plasma Science. 2021. V. 49. N 7. P. 2107–2112. https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3084461Zhu Y.B., Geng K., Cheng Z.S., Yao R.H. Space-charge-limited current injection into free space and trap-filled solid. IEEE Transactions on Plasma Science, 2021, vol. 49, no. 7, pp. 2107– 2112. https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3084461Pope M., Swenberg C.E. Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers. Oxford University Press, 1999. https://doi.org/10.1093/oso/9780195129632.001.0001Pope M., Swenberg C.E. Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers. Oxford University Press, 1999. https://doi.org/10.1093/oso/9780195129632.001.0001Liu J., Liang Q.-B., Wu H.-B. Synthesis, photophysics, electrochemistry, thermal stability and electroluminescent performances of a new europium complex with bis(β-diketone) ligand containing carbazole group // Luminescence. 2017. V. 32. N 3. P. 460– 465. https://doi.org/10.1002/bio.3206Liu J., Liang Q.-B., Wu H.-B. Synthesis, photophysics, electrochemistry, thermal stability and electroluminescent performances of a new europium complex with bis(β-diketone) ligand containing carbazole group. Luminescence, 2017, vol. 32, no. 3, pp. 460–465. https://doi.org/10.1002/bio.3206

The authors declare that there are no conflicts of interest present.