Chemia koloru cz.7

Zastosowania w technologii

Prof. Daniel T. Gryko

Plan wykładu • Barwienie...

• Diody luminescencyjne • Wybielacze optyczne • Fotochromizm • Drukarki atramentowe • Lasery barwnikowe

Produkcja barwnych subst. org.

• 900 tys. ton/rok • 55% - barwienie tkanin • 25% - pigmenty • 13 miliardów $ • DyStar, Ciba, Clariant, Yorkshire

Produkcja barwnych subst. org.

• Azowe – 50% N • Ftalocyjaniny – 25% N N N Cu N N N N • Reszta – 25% O H N • 15 tys. ton – indygo N H O • Disperse Blue 79 – 2-gie miejsce

Podział subst. barwnych Substancje Barwne Barwniki (DYES) Rozpuszczalne Pigmenty Nierozpuszczalne

Podział barwników Reaktywne Tworzą wiązania z tworzywem Kationowe Nylon, wełna, bawełna Barwniki Anionowe białka Bezpośrednie Bawełna, wiskoza Dyspersyjne Poliamidy, poliestry, octany

Elektroluminescencja • Odkrycie zjawiska – 1907, H. J. Round • Półprzewodnikowe diody luminescencyjne (LED) • Elektroluminescencja substancji org. – 1953 r. Bernanose (Nicea) • 1965 r. Patent Dow Chemicals (antracen, 400 V), OLED • 1967 r. elektroluminescencja polimeru organicznego • 1987 r. Tang i VanSlyke (Eastman Kodak) dwuwarstwowa dioda organiczna (2.5 V, 1%)

Elektroluminescencja + MgAg Alq 3 diamina +

elektroluminescencja

Katoda z metalu o małej pracy wyjścia Warstwa transportująca elektrony i emitująca światło Warstwa transportująca dziury Przezroczysta anoda (ITO) Podłoże szklane lub plastikowe ITO szkło N O Al O O N N

Alq 3 PPV

n

e -

E F katoda

e -

OLED LUMO

d +

HOMO anoda

d + e -

E F

Elektroluminescencja • 1990 r., R. Friend, PLED, PPV, 15 V, żółto zielone • 1998 r. Princetown, USC, fosforyzujące kompleksy metali ciężkich, Pt, Ir – wyzyskanie stanów trypletowych (skuteczność świetlna 80 lm/W) • WOLED, Minolta, 64 lm/W • Wyświetlacze kamer cyfrowych, tel. Kom, MP3 etc.

• 2005 r. – Samsung, 40-calowy telewizor, matryca z OLED

Ag Mg:Ag NPD ITO NPD Mg:Ag NPD ITO Szkło WOLED – dioda emitujaca swiatło białe. Czerwona OLED Zielona OLED Niebieska OLED O O O O O O N HN NH N Schemat czerwono-zielono niebieskiej OLED wykonanej przez Forresta S. R. Forrest, P. E. Burrows, Science, 1997, 276, 2009 H 3 C O N Al O CH 3 N O

Substancje chemiczne w OLED Si n N N Pt N N O N Be N O O O n F F F N N Ir O N O F Si N O Al O N O

Zastosowania

Wybielacze optyczne 40 tys.ton, 1999 r.

Krais, 1929 r.

Wybielacze optyczne HO N N N NH H N SO 3 H SO 3 H HN N N N H N OH Blankophor G N N O N N Uvitex AT Et 2 N O O Tinopal SWN

Fotochromizm HO • Zmiana barwy (struktury) pod wpływem światła • Fisher, Hirshberg, 1952 r.

N + N O H + NO 2 CHO NO 2

λ

abs = 330 nm

1 A*

10 ps

1 X*

300 ps

X

10 ns

B

N

hv

O NO 2

λ

abs = 532 nm

Fotochromizm • Okulary fotochromowe oraz

photonic devices

• Trwałość termiczna (w obu formach!!!) • Trwałość fotofizyczna • Proces: szybki, czuły, specyficzny N N O Spirooxazyny Enichem Synthesis, Mediolan abs. 560-630 nm

Fotochromizm • Kellog, 1967 r.

• 3 miesiące stabilny w ciemności • Irie, 1988 r.

• Przełączniki molekularne • Pamięć optyczna R R' X X

λ

max X = O, S, Se, NMe R, R' = EWG = 230-460 nm

hv

1

hv

2 R X R' X

λ

max = 425-830 nm

Drukarki atramentowe •

Ink-jet printing

• Metoda popularna • ‘

drop on demand

’ dysza atrament papier

Drukarki atramentowe NaO 3 S N N N N HO NaO 3 S SO 3 Na C.I. Food Black 2 NH 2 SO 3 Na HOOC HOOC N N N N HO NaO 3 S NH 2

Barwniki laserowe • Laser – L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation • Lasery nieorganiczne – tanie (np. galowo arsenowy, ale emisja tylko kilku długości światła, bardzo wąskie) • Lasery organiczne (światło spójne 320-1200 nm)

I

Akcja laserowa Równowaga termiczna Emisja wymuszona M* +

hv

 M + 2

hv

Inwersja obsadzeń

A A’ X

Działanie laseru czteropoziomowego Akcja laserowa

Wymagania dla barwników laserowych • Intensywna absorpcja w rejonie wzbudzenia • Minimalna absorpcja w rejonie emisji • Wysoka wydajność kwantowa • Fotostabilność • Krótki czas życia fluorescencji (5-10 ns) • Niskie prawdopodobieństwo przejścia międzysystemowego

Przykłady barwników laserowych Et 2 N O N O 470-550 nm N H N O SO 3 SO 3 510-700 nm N Cl S N Et NH 2 950 nm S N Et Cl

Zastosowanie laserów barwnikowych • Telekomunikacja • Mikrochirurgia • Spektroskopia • Studia nad kinetyką reakcji • Rozdział izotopów • Etc.