राजमल्ली की प्रयोगशाला ओएलईडी अनुप्रयोगों के लिए सामग्री डिजाइन करने पर ध्यान केंद्रित करती है

एलईडी या प्रकाश उत्सर्जक डायोड हमारे दैनिक जीवन का अभिन्न अंग बन गए हैं, दिवाली के त्यौहारों में इस्तेमाल की जाने वाली लाइटों से लेकर टीवी और कंप्यूटर स्क्रीन जैसे डिस्प्ले तक। ये सूक्ष्म अर्धचालक हैं जो विद्युत ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करते हैं। हालाँकि, एलईडी डिस्प्ले पैनल को बैकलाइटिंग की आवश्यकता होती है और ये लचीले नहीं होते हैं। दूसरी ओर, ओएलईडी (ऑर्गेनिक एलईडी) डिस्प्ले स्वयं-उत्सर्जक होते हैं और उन्हें बैक लाइटिंग पैनल की आवश्यकता नहीं होती है, और इसलिए वे अल्ट्राथिन और लचीले हो सकते हैं। इसलिए ओएलईडी तकनीक का उपयोग करके फोल्डेबल लैपटॉप और रोलेबल टीवी संभव हैं।

इसके बाद राजमल्ली ने ताइवान के नेशनल त्सिंग हुआ विश्वविद्यालय में अपना पोस्ट-डॉक्टरल शोध करने का फैसला किया। कार्बनिक संश्लेषण और ओएलईडी के बीच एक विकल्प को देखते हुए, राजामल्ली ने बाद वाले को चुना। “मैंने उनसे कहा कि मैं ओएलईडी पर काम करना चाहती हूं क्योंकि मेरा सपना पीएचडी के दौरान पूरा नहीं हुआ था।” और इस तरह ल्यूमिनसेंट अणुओं को डिजाइन करने की उनकी यात्रा शुरू हुई। उन्होंने मुख्य रूप से टीएडीएफ (थर्मली एक्टिवेटेड डिलेड फ्लोरेसेंस) अणुओं पर ध्यान केंद्रित किया, जिनमें ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करने और डिवाइस के प्रदर्शन को बढ़ाने की क्षमता है। टीएडीएफ अणु का लाभ यह है कि यह एक विशुद्ध रूप से कार्बनिक यौगिक है और एक उत्कृष्ट धातु संकुल के समान ही कार्य करता है। एक अन्य तथ्य जो टीएडीएफ उत्सर्जकों को महत्वपूर्ण बनाता है, वह यह है कि इनमें कोई भारी धातु नहीं होती है, तथा कार्बनिक यौगिक, उत्कृष्ट धातु संकुलों की तुलना में कम लागत पर प्राप्त किए जा सकते हैं। इससे भारी धातुओं के आयात पर बोझ कम हो जाता है। राजमल्ली कहते हैं, “इरीडियम बहुत दुर्लभ है और इसका उपयोग भी बहुत ज़्यादा है। इसलिए, किसी समय, हम इसे पूरी तरह से खत्म कर सकते हैं। लेकिन हम सभी डिस्प्ले उद्योगों को बंद नहीं कर सकते, है न?”

इसके बाद, राजमल्ली मैरी क्यूरी फेलो के रूप में एक और पोस्टडॉक के लिए यू.के. के सेंट एंड्रयूज विश्वविद्यालय चली गईं। जब वह अभी भी ओएलईडी पर काम कर रही थी, तो उसने एक नई निर्माण प्रक्रिया पर स्विच किया जो कि उसके पिछले पोस्टडॉक में इस्तेमाल की गई प्रक्रिया से अलग थी। राजमल्ली याद करती हैं, “मैंने सॉल्यूशन प्रोसेसिंग [बेसिक स्पिन-कोटिंग] पर ध्यान केंद्रित करना शुरू किया। अपने पहले पोस्टडॉक के दौरान, मैंने वैक्यूम डिपोजिशन [उच्च वैक्यूम दबाव के तहत थर्मल वाष्पीकरण] पर ध्यान केंद्रित किया था।” उन्होंने वर्ष 2019 में भारतीय विज्ञान संस्थान (आईआईएससी) के आणविक अनुसंधान केंद्र (एमआरसी) में सहायक प्रोफेसर के रूप में अपना कार्यकाल शुरू किया।

राजामल्ली का अनुसंधान समूह वर्तमान में नीले ओएलईडी के संश्लेषण पर ध्यान केंद्रित कर रहा है, क्योंकि उच्च प्रदर्शन वाले कोई स्थिर नीले उत्सर्जक नहीं हैं। प्रयोगशाला का लक्ष्य नई नीली टीएडीएफ सामग्रियों को डिजाइन करना है जिनमें उच्च प्रदर्शन और स्थिरता दोनों हों। उनका मुख्य उद्देश्य यह समझना है कि परिचालन स्थितियों में अणुओं के खराब होने का क्या कारण है, और इसे कैसे कम किया जा सकता है। राजमल्ली बताती हैं कि वे पहले आणविक स्तर पर उनका निरीक्षण करके यह समझने की कोशिश करते हैं कि कौन सा बंधन नाजुक है। “फिर हम ऐसे नए अणु बना पाएँगे जिनमें सबसे ज़्यादा स्थिरता होगी।”

लेकिन पारंपरिक ओएलईडी नोबल मेटल (इरिडियम या प्लैटिनम) कॉम्प्लेक्स-आधारित एमिटर से बने होते हैं, जो महंगे होते हैं और टिकाऊ नहीं होते। इसके अलावा, ब्लू इरिडियम कॉम्प्लेक्स-आधारित उपकरणों का परिचालन जीवनकाल लंबा नहीं होता है। इस जीवनकाल को बेहतर बनाने के लिए, उद्योग नीले उत्कृष्ट धातु परिसरों के बजाय खराब प्रदर्शन करने वाले नीले उत्सर्जकों का उपयोग करते हैं, जिससे उपकरण अधिक बिजली की खपत करते हैं। इसलिए, या तो ओएलईडी की कार्यक्षमता या उसके जीवनकाल से समझौता करना होगा। सामग्री अनुसंधान केंद्र (एमआरसी) में पी राजमल्ली की प्रयोगशाला ओएलईडी की दक्षता के साथ स्थिरता को संतुलित करने के इस मुद्दे को हल करने पर केंद्रित है।

राजमल्ली ग्रामीण पृष्ठभूमि से आती हैं। विज्ञान स्ट्रीम में 10वीं और 12वीं कक्षा में अच्छे अंक लाने के बाद भी, उन्हें नहीं पता था कि उन्हें किस दिशा में जाना चाहिए। “मुझे विज्ञान पसंद था, लेकिन मुझे दिशा नहीं पता थी। लेकिन [मेरे] शिक्षकों ने मुझे कॉलेज में दाखिला लेने के लिए निर्देशित किया,” वह कहती हैं। उन्होंने रसायन विज्ञान को चुना क्योंकि उन्हें बताया गया था कि फार्मास्यूटिकल्स की मांग के कारण शिक्षा और उद्योग में नौकरी के अधिक अवसर हैं। अपनी एमएससी के दौरान, अपने मास्टर प्रोजेक्ट के लिए नए कार्बनिक यौगिकों के विकास पर काम करते हुए, उन्हें कार्बनिक रसायन विज्ञान में रुचि हो गई। अपनी मास्टर डिग्री के बाद वह थोड़े समय के लिए उद्योग से जुड़ गईं, लेकिन पीएचडी करने की आशा बनाए रखी, जिसके कारण उन्हें आईआईटी मद्रास में प्रवेश लेना पड़ा।

अपनी पीएचडी के दौरान ही राजमल्ली ने डेंड्रिमर-आधारित ल्यूमिनसेंट अणुओं की खोज करने की यात्रा शुरू की। ओएलईडी के लिए अणुओं को विकसित करते समय उत्पन्न होने वाले रंगों की विस्तृत श्रृंखला ने उन्हें मोहित कर लिया। “मैंने जो भी अणु संश्लेषित किए, उनमें से प्रत्येक ने अलग-अलग उत्सर्जन देना शुरू कर दिया – नीला, हरा या लाल। फिर, संरचना को ठीक करके, मैं सिर्फ़ प्राथमिक रंग से लेकर अपनी पसंद के रंग तक बदल सकता था। नीले रंग के साथ, मैं नीले रंग की एक श्रृंखला बना सकता था,” राजमल्ली याद करती हैं।

कुछ अणुओं में छोटे कार्यात्मक समूहों में बदलाव करके, वह यूवी रेंज तक रंग प्राप्त करने में भी सक्षम थी। हालाँकि, वह ठीक से परीक्षण नहीं कर पाई कि ओएलईडी बनाने के लिए किन अणुओं का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि यह उसकी पीएचडी का मूल फोकस नहीं था। वह यह जानने के लिए आईआईटी मद्रास के भौतिकी विभागों के चक्कर लगाती थी कि क्या वे उसके अणुओं की इलेक्ट्रो-ल्यूमिनांस को माप सकते हैं, लेकिन बहुत सफल नहीं रही। हालाँकि, इससे वह रुकी नहीं। वह जोर देकर कहती हैं, “जब हमें कुछ नहीं मिलता है, तो हम उससे संबंधित कुछ करने में अधिक रुचि लेने लगते हैं।”

प्रयोगशाला ऐसे उपकरणों पर भी काम कर रही है जो हाइपर-फ़्लोरोसेंस उत्पन्न कर सकते हैं। “यह ओएलईडी की चौथी पीढ़ी है। टीएडीएफ तीसरा था,” राजमल्ली ने विस्तार से बताया। टीएडीएफ ओएलईडी अच्छा प्रदर्शन प्रदान करते हैं लेकिन बहुत व्यापक स्पेक्ट्रम लेते हैं। दूसरी ओर, पारंपरिक प्रतिदीप्ति ओएलईडी (पहली पीढ़ी) में, स्पेक्ट्रम संकीर्ण है, लेकिन प्रदर्शन कम है। हाइपर-फ़्लोरेसेंस ओएलईडी दोनों उत्सर्जकों का एक संयोजन है। राजमल्ली बताते हैं, “हम रंग की शुद्धता, प्रदर्शन और जीवनकाल में भी सुधार कर सकते हैं।” “हम हरे रंग के ओएलईडी में हाइपर-फ्लोरेसेंस हासिल करने में सक्षम थे और वर्तमान में गहरे नीले टीएडीएफ सामग्रियों का उपयोग करके इसे हासिल करने की योजना बना रहे हैं।” एन्थ्रासीन व्युत्पन्नों का उपयोग करके हरित हाइपर-फ्लोरोसेंस पर उनकी प्रयोगशाला का सबसे हालिया कार्य जर्नल ऑफ मैटेरियल्स केमिस्ट्री सी में प्रकाशित हुआ था।

भविष्य में, राजमल्ली लचीले उपकरणों को इंजीनियर करने की इच्छा रखती हैं जो पारंपरिक ग्लास सब्सट्रेट पर निर्भर होने के बजाय लचीले सब्सट्रेट के साथ ओएलईडी का उपयोग करते हैं। इससे डिवाइस को हल्का बनाया जा सकेगा और इसे किसी भी आकार में बनाया जा सकेगा। यह काम जर्मनी के केएसआई (कर्ट-श्वाबे-इंस्टीट्यूट फर मेस-अंड सेंसरटेक्निक) मीन्सबर्ग में एक संकाय सदस्य कैरोलीन मुरावस्की के सहयोग से किया जा रहा है, जो ऑप्टोजेनेटिक्स पर काम करती हैं – न्यूरॉन्स नामक मस्तिष्क कोशिकाओं की गतिविधि में हेरफेर करने के लिए प्रकाश का उपयोग करना। राजामल्ली बताती हैं, “मेरे सहयोगी मस्तिष्क की गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए लचीले उपकरण बनाते हैं और उनकी मूल आवश्यकता शुद्ध रंग उत्सर्जक की होती है।”

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