Chemia koloru cz.7

Zastosowania w technologiiProf. 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%

• Ftalocyjaniny – 25%

• Reszta – 25%

• 15 tys. ton – indygo

• Disperse Blue 79 – 2-gie miejsce

NN

NN

N

N

N

N

Cu

NH

HN

O

O

Podział subst. barwnych

Substancje Barwne

Barwniki (DYES)Rozpuszczalne

PigmentyNierozpuszczalne

Podział barwników

Barwniki

DyspersyjnePoliamidy, poliestry, octany

Anionowebiałka

BezpośrednieBawełna, wiskoza

ReaktywneTworzą wiązania z tworzywem

KationoweNylon, wełna, bawełna

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%)

ElektroluminescencjaN

O

Al

O

NO

N

n

Alq3

PPV

-

+

MgAgAlq3

diamina

ITO

szkło

elektroluminescencja-

+

Katoda z metalu o małej pracy wyjścia

Warstwa transportująca elektrony i emitująca światło

Warstwa transportująca dziury

Przezroczysta anoda (ITO)

Podłoże szklane lub plastikowe

OLED

em

isja św

iatła

EF

katoda

EF

anodae-

HOMO

LUMO

d+

e-

d+

e-

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

Schemat czerwono-zielono-niebieskiej OLED wykonanej przez Forresta

NH3CO

N

CH3

O

OAl

O

O

O

O

O

O

N HN

NH N

WOLED – dioda emitujaca swiatło białe.

S. R. Forrest, P. E. Burrows, Science, 1997, 276, 2009

AgMg:Ag

NPD

Szkło

ITONPD

Mg:Ag

ITONPD

Czerwona OLED

Zielona OLED

Niebieska OLED

Substancje chemiczne w OLED

NO

NO

AlSi

O

N

ON

OBe

n

Si

nO

O

N

N N

NPt

F

F

F

F

N

O

O

N

Ir

N

Zastosowania

Wybielacze optyczne

Krais, 1929 r. 40 tys.ton, 1999 r.

Wybielacze optyczne

HN

NH

SO3H

SO3HN

N N

N

NNNH

HNHO

OH O OEt2N

ON

N N

N

Blankophor G Tinopal SWN

Uvitex AT

Fotochromizm

• Zmiana barwy (struktury) pod wpływem światła

• Fisher, Hirshberg, 1952 r.

N

N

N

O NO2

O

NO2

CHOHO

NO2

+

H+

hv

λabs = 330 nm

λabs = 532 nm

1A* 10 ps 300 ps 10 ns1X* X B

Fotochromizm

• Okulary fotochromowe oraz photonic devices

• Trwałość termiczna (w obu formach!!!)

• Trwałość fotofizyczna

• Proces: szybki, czuły, specyficzny

N O

N

SpirooxazynyEnichem Synthesis, Mediolanabs. 560-630 nm

Fotochromizm

• Kellog, 1967 r.• 3 miesiące stabilny w ciemności• Irie, 1988 r.• Przełączniki molekularne• Pamięć optyczna

X X

R R'

XX

R'R

hv1

hv2

X = O, S, Se, NMeR, R' = EWG

λmax = 230-460 nm λmax = 425-830 nm

Drukarki atramentowe

• Ink-jet printing

• Metoda popularna

• ‘drop on demand’

atrament

papierdysza

Drukarki atramentowe

NN

NN

HO

NaO3S

NH2NaO3S

SO3Na

SO3Na

C.I. Food Black 2

NN

NN

HOOC

HOOC

HO

NaO3S

NH2

Barwniki laserowe

• Laser – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

• Lasery nieorganiczne – tanie (np. galowo-arsenowy, ale emisja tylko kilku długości światła, bardzo wąskie)

• Lasery organiczne (światło spójne 320-1200 nm)

Akcja laserowapo

mpo

wan

ie

Działanie laseruczteropoziomowego

akcj

ala

sero

wa

XX

II

AA

A’A’

Równowaga termiczna

Inwersja obsadzeń

Akcja laserowa

Emisja wymuszonaM* + hv M + 2 hv

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

O OEt2N

NH

N

S

NEt

NEt

SNH2

Cl Cl

O NN

SO3-

SO3-

470-550 nm

510-700 nm

950 nm

Zastosowanie laserów barwnikowych

• Telekomunikacja

• Mikrochirurgia

• Spektroskopia

• Studia nad kinetyką reakcji

• Rozdział izotopów

• Etc.