Turkishtime AR-GE 250


Aydınlatma ve ekran teknolojilerinde dönüşüm zamanı

Turkishtime Dergi

“Fotonik Teknolojiler İçin Organik Yarı İletken Tabanlı Işık Soğurucu, Yayıcı Ve Dönüştürücü Malzemeler” başlıklı projesi ile İKMİB tarafından düzenlenen “9. Kimya Ar-Ge Proje Pazarı” yarışmasının “Boyalar ve Yapıştırıcılar” kategorisinde üçüncü olan Erkan Aksoy, söz konusu dönüştürücünün yeni nesil aydınlatma ve ekran teknolojilerinde, beyaz ışık elde etmek amacıyla kullanılabileceğini söylüyor. Ürünün; Ar-Ge kuruluşları, boya sanayi, aydınlatma ve LED/OLED ekran teknolojilerinde kendini göstereceğini belirten Aksoy, bu noktada projenin katma değer yaratabilecek yerli ve milli ürün geliştirmek amacıyla kullanılmasını hedefliyor.


Fotonik Teknolojiler İçin Organik Yarı İletken Tabanlı Işık Soğurucu, Yayıcı ve Dönüştürücü Malzemeler” başlıklı projenizden bahseder misiniz? 

Organik fotonik teknolojilere hizmet edebileceği deneysel verilerle desteklenen perilen tabanlı organik boyalar, tasarlanarak sentezlendi. Geliştirilen yarı iletken boyalar, ultraviyole ve görünür bölgedeki dalgaboylarında güçlü soğurmaya sahiptir ve soğurdukları enerjinin neredeyse tamamını görünür bölgede yayabilmektedir. (fluoresans kuantum verimi ≥90%). Termal, optik, kimyasal ve elektrokimyasal kararlılıkları oldukça yüksektir. Sentezlenen boyaların organik ışık yayan diyotlar (OLED), organik güneş hücreleri (OGH) ve dalga boyu dönüştürücüler gibi fotonik uygulamalara ait ön denemeleri yapılmıştır. 

Bu projede, sentezlenen bazı türevlerin, optimize edilen film ve örnek hazırlama süreçleri ile mükemmel dalga boyu dönüştürücü özellikleri örnek olarak sunuluyor. Bu dönüştürücüler yeni nesil aydınlatma ve ekran teknolojilerinde, beyaz ışık elde etmek amacıyla kullanılabilir.

Şekil 1: Bazı perilen türevlerinin UV ışık altındaki görselleri

İKMİB tarafından düzenlenen “9. Kimya Ar-Ge Proje Pazarı” yarışmasının “Boyalar ve Yapıştırıcılar” kategorisinde sizi üçüncülüğe taşıyan bu projeyle temelde hedeflenen neydi?

Bu proje ile yüksek fotoluminesans kuantum verimine (PLQY) sahip (≥%90) moleküllerin tasarlanması, sentezlenmesi ve fotofiziksel karakterizasyonları sonrasında uyarılmış hal mekanizmaları aydınlatılmış malzemelerin doğru yerde, doğru uygulama alanında kullanılması hedeflendi.

Bu proje kapsamında, aydınlatma sektörü için agregasyon eğilimi azaltılmış, farklı görünür bölge fluoresans ışıklarına sahip malzemelerin katı hal aydınlatmada verimli bir şekilde hizmet etmeleri sağlandı. Çok düşük miktarlarda optikçe geçirgen konak polimerler içerisine katkılandırıldı, mavi LED ve TADF-OLED ışık kaynaklarıyla beraber kullanılarak, beyaz ışık üretimine hizmet ettiler.

Projeyi geliştirirken sizi motive eden unsurlar neler oldu?

Perilendiimidler (PDI’ler) uzun yıllardır bilinen ve endüstride pigment olarak kullanılan malzemelerden biridir. PDI’ler yüksek delokalize π konjuge sistemine sahip bir organik moleküldür. Bu sebeple görünür bölgede ışığı oldukça iyi soğururlar. Ayrıca yarı iletken özelliğe sahip olduklarından dolayı, optik uyarımları sonucu görünür bölgede fluoresans ışıması gerçekleştirirler. Ancak, PDI’ler katı hale veya film fazına geçtiklerinde, mükemmel fotolüminesans (PL) özelliklerinin büyük bir çoğunluğunu agregasyona bağlı tuzaklar sebebiyle kaybederler.

Literatürde PDI’lerin film ya da katı halde agregasyon eğilimlerini azaltmak adına birçok farklı yöntem izlenmiştir. Bizim çalışmamızda da, farklı hacimlerdeki kimyasal grupların perilen türevlerine kimyasal modifikasyonları ile agregatlaşma eğilimleri azaltıldı. Böylece film fazında da ve katı halde de oldukça şiddetli PL sergileyebildiler. Optik ve termal dayanımlarının oldukça yüksek olması ise onların birçok farklı fotonik teknolojilerde araştırılmalarını teşvik etmektedir. Ayrıca organik moleküllerin hafif, esnek ve çözünebilir olması sebebiyle birçok plastik altlık üzerine de aygıt büyütülebilirler.

Şekil2: Sentezlenen perilen türevlerinden birinin optik geçirgen polimer içerisinde farklı yüzde kt. durumlarının UV ışık altındaki yüksek floresans ışımalı görüntüleri.

Söz konusu projenin dünyada hayata geçmiş bir örneği veya benzeri mevcut mudur?

Aydınlatma sektöründe katı hal aydınlatmada ışık yayan diyotlar (LED) düşük güç tüketimi ve yüksek enerji verimliliği sebebiyle ciddi yatırımlar almıştır. Beyaz ışık üreten ticari LED ışık kaynaklarından en bilineni mavi ışık yayan LED üzerine sarı ışık yayan Ce:YAG fosfor kaplanmasıyla elde edilen aygıttır. Ce:YAG fosforun floresans kuantum veriminin yaklaşık olarak yüzde 75 olması, üretiminin yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 1200 derece) gerçekleşmesi, elde edilen beyaz ışığın soğuk beyaz olması gibi dezavantajları, farklı fosfor dönüştürücülerin Ar-Ge’sine yöneltmiştir.

Bu kapsamda, literatürde çok çeşitli perilen türevleri sentezlenmekte, fotofiziksel karakterizyonları tamamlanmaktadır. Ancak çok azı katı hal aydınlatma için Ar-Ge çalışması gerçekleştirmiştir. Ayrıca literatürdeki perilen bazlı dönüştürücülerin dönüştürme verimlerindeki kayıplarda oldukça fazladır. Bizim çalışmamızda, farklı fotofiziksel özelliklere sahip perilen türevleri sentezlendi ve içlerinden bazılarının dalgaboyu dönüştürücü özellikleri proje kapsamında örnek olarak sunuldu. 

Beyaz ışık üretmek için; mavi ışık kaynağı üzerine yüzde 0.1 katkılı perilen türevi içeren optik geçirgen polimerin ‘spin coating’ tekniği ile OLED üzerine çoklu kaplama yapılarak dönüştürücü katmanı oluşturuldu. Dönüştürücü özelinde kullanılan yüzde 0.1 katkılı perilen türevlerinin filmleri ≥90 PLQY sergiledi. Hem yeşil hem de turuncu perilen türevinin kullanılmasıyla CIE (x, y); 0.33, 0.33, 80CRI değerine ve 5477K renk sıcaklığı üretildi. Üretilen dönüştürücünün en büyük avantajı ise mavi ışık kaynağının dış kuantum verimindeki kayıpların göz ardı edilebilecek kadar az olmasıdır. 

Proje ile ilerleyen süreçte ne gibi planlarınız var? 

Hem optik hem de termal kararlılıkları oldukça yüksek bu malzemeleri, Ar-Ge kuruluşları, boya sanayi, aydınlatma ve/veya LED/OLED ekran teknolojilerinde kullanılmaları üzere katma değer yaratabilecek yerli ve milli ürün olarak geliştirmek/üretmek için çabalayacağız. 

Bu aşamada da yapılacak iş birlikleri önemli bir yerde duruyor. Yaptığınız projeniz için girişimci olmayı planlıyor musunuz? Bunun için melek yatırımcı arayacak mısınız? 

İmkanlar dahilinde girişimci olmak şu aşamada biraz zor olabilir. Ancak, kimya, boya ve/veya aydınlatma alanındaki firmaların melek yatırımcı olması durumunda bu proje ile ilgili daha hızlı ve emin adımlarla ilerlenebilir.

Yeni projeleriniz var mı? Varsa kısaca bahsetmeniz mümkün müdür?

Henüz Ar-Ge aşamasında olan birkaç farklı projemiz mevcut. Bu projeler; plastik, esnek ve optik geçirgen elektronik aygıtlarda kullanılabilecek yeni yarı iletkenlerle alakalı. Söz konusu çalışmalar; geleceğin gözde teknolojilerinden olacak olan, ince ve esnek OLED aydınlatma araçlarında kullanılabilir.

Erkan Aksoy kimdir? 

Kimyager Erkan Aksoy, Pamukkale Üniversitesi Kimya Bölümü lisans ve yüksek lisans programlarını sırasıyla 2012 ve 2015 yıllarında tamamladı. Daha sonra Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü’nde başladığı doktora çalışmalarını Eylül 2020’de ‘Organik Fotonik Sistemlerde Kullanılabilecek Perilendiimitlerin Sentezi ve Fotofiziksel Karakterizasyonu’ tez başlığıyla tamamladı. Doktora çalışmaları sırasında TÜBİTAK-BİDEB-2214a (Yurt Dışı Doktora Sırası Araştırma Burs Programı) programıyla İngiltere’nin Durham şehrinde bulunan Durham Üniversitesi-Fizik bölümünde ‘Asetilen köprülü perilendiimidlerin ultra hızlı femtosaniye transient-absorpsiyon spektroskopisi ile ekziton dinamiklerinin araştırılması’ başlığıyla araştırmalarda bulundu. Ayrıca, yine doktorası sırasında Türkiye Kalkınma Bakanlığı (16DPT002) destekli bir projede Ege Üniversitesi bünyesinde altı ay araştırmacı olarak, TÜBİTAK 1001 (#113Z253, #119F031) ve 1002 (#217Z280) projelerinde de bursiyer olarak görev aldı. Ekim 2020’de İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Fotonik Bölümü’nde doktorasını tamamlayan Aksoy, araştırmacı olarak TÜBİTAK projesi kapsamında araştırmalarına devam ediyor.