左側是一種帶有細長主幹的聚合物（紅黃色）。分子結構單元的長側鏈（灰色）形成具有穩定伸長率的支架。右側是一個主幹彎曲的聚合物。圖片來源：Dominic Raithel。
在智能手機和電視機中使用有機發光二極體（OLED）以促進顏色的高對比度顯示。 共軛聚合物通常也被用作這種二極體中的有機半導體。拜羅伊特大學的研究人員們已經研究出了如何利用這些聚合物的空間結構控制OLED的顏色，這有助於提高顯示器的亮度。目前他們在科學雜誌PNAS中提出了這個以前未知的機制。
具有主幹的聚合物：空間結構決定光的顏色
在新的研究成果中，聚合物起著核心作用，其非常適合用於有機發光二極體。由於連接分子結構單元而形成的鏈，它們共用一個主幹。如果聚合物暴露在激光束下，它們會吸收光線並將其作為激發能量存儲起來。這種能量沿著骨幹傳播。不久之後，能量通過發光而釋放出來。
到目前為止，已經假設發射光的顏色取決於激發能量沿著聚合物擴散的程度的大小：據推測，聚合物彎曲越多，能量擴散的距離越小。然而，拜羅伊特大學的科學家們現在駁斥了這個假設。他們研究的聚合物具有化學性質相同並彎曲到不同程度的主幹，但激發能量始終在相同的距離上擴展。彎曲聚合物發出綠光或藍光，而細長的聚合物則發出黃光或紅光。「當這些聚合物用於有機發光二極體時，它們的各種空間結構可以用來精確控制OLED發出的光的顏色，」本論文的第一作者、物理學家Dominic Raithel（M.Sc.）解釋道，該論文現已在PNAS上發表。
拜羅伊特大學的研究人員們還發現，細長的聚合物具有由其側鏈形成的支架，這穩定了所述細長結構。「這為發光二極體帶來了特殊的優勢：當細長的聚合物彼此疊置時，支架提供了穩定性，光發射不會因此而減弱，」Raithel說到，他最近在拜羅伊特大學完成了他在研究訓練小組的畢業論文，該小組由DFG資助，小組名為「合成物和生物多發色團系統的光物理學」。在這方面，對天然和合成有機材料在密切的跨學科合作中進行了研究。例如，實驗物理學家AnnaK?hler教授和JürgenK?hler教授以及功能聚合物專家Mukundan Thelakkat教授參與了這項新實驗。
跨大西洋（歐美合作）的理論與實驗的相互印證
聚合物的對比實驗研究使用不同類型的光譜學方法。「一個決定性的因素是在非常低的溫度下進行單分子光譜學分析，對於這一實驗條件，拜羅伊特為我們提供了高性能的基礎設施。使用這種方法，我們能夠確定所發射的光的顏色，並最終確定激發能量沿著鏈狀聚合物的擴展距離」，拜羅伊特大學協調研究的Richard Hildner博士解釋說。
拜羅伊特大學的科學家門與德克薩斯州休斯頓萊斯大學的一個研究小組密切合作。 Lena Simine博士和Peter J. Rossky博士對聚合物結構對發射光顏色的影響進行了大量的計算。將實驗和理論方法聯繫起來，可以深入了解各種聚合物鏈的空間結構，而這些結構在傳統的成像技術中是不可能的。
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