LED nemožné dokáže změnit obrazovky, osvětlení a elektroniku

Vědci z Univerzity v Cambridgi prokázali nový typ LED nemožnéZařízení schopné přimět izolační nanočástice emitovat světlo, když jsou napájeny elektřinou. Průlom byl publikován v časopise Příroda a šířeno univerzitou prostřednictvím ScienceDailyStále je to v laboratorní fázi, ale mohlo by to připravit cestu pro přesnější obrazovky, optické senzory, komunikaci na bázi světla a lékařské vybavení schopné vidět hlouběji do biologických tkání. Více informací:

Čtěte také: rozumět Co je mikro LED?, poznat Technologie Micro RGB pro obrazovky a vidět Monitor Odyssey OLED G5 uvedený na trh v Brazílii.

Proč se tomu říká „nemožné“?

Název pochází z hlavní překážky, kterou vědci překonali: nanočástice použité v experimentu jsou elektrické izolátoryJednoduše řečeno to znamená, že nevedou snadno proud. A pokud materiál nevede elektřinu, neměl by být obvykle vhodným základem pro LED, protože tradiční LED diody se k generování světla spoléhají na vstřikování elektrických nábojů.

Tyto částice se nazývají nanočástice dopované lanthanoidyNízkoúrovňové magnetické částice (LnNP), neboli LnNP, byly již dříve známy tím, že vyzařují extrémně stabilní světlo s velmi úzkým spektrem a bez nežádoucích účinků blikání nebo rychlé degradace. Problém je v tom, že doposud bylo obtížné tyto vlastnosti přenést na elektronická zařízení napájená přímo nízkým napětím.

Jak funguje nová LED dioda

Řešení, které nalezl tým z Cavendishovy laboratoře v Cambridge, spočívalo v použití organických molekul jako jakéhosi energetického mostu. Vědci připojili molekulu s názvem [název molekuly chybí] k povrchu nanočástic. 9-anthracenkarboxylová kyselina, neboli 9-ACA, popsaná ve studii jako „molekulární anténa“.

Místo snahy protlačit elektrický proud izolační nanočásticí zařízení vstřikuje náboje do organických molekul. Tyto molekuly zachycují elektrickou energii a vstupují do excitovaného stavu známého jako... ztrojnásobit a tuto energii přenesou na lanthanoidové ionty uvnitř nanočástice. Odtud materiál vyzařuje světlo.

Podle článku publikovaného v PřírodaTento přístup umožnil vytvoření LED diod na bázi LnNP s budicím napětím přibližně... 5 voltů, velmi úzké vyzařování v elektromagnetickém spektru a vynikající externí kvantová účinnost 0,6% v okně blízké infračervené oblasti (NIR-II). Publikace Univerzity v Cambridge také zdůrazňuje, že přenos energie tripletů na nanočástice může probíhat z 98% efektivity.

Co je blízké infračervené světlo (NIR-II)?

NIR-II je pásmo blízké infračervené záření které není pro lidské oko viditelné, ale je velmi užitečné pro vědecké a lékařské aplikace. Jedním z důvodů je, že tento typ světla může procházet biologickými tkáněmi s menším rozptylem než viditelné vlnové délky, což může zlepšit zobrazovací a senzorické techniky.

V praxi může být LED dioda s velmi čistým a kontrolovaným vyzařováním v tomto rozsahu užitečná v zařízeních, která potřebují osvětlovat nebo detekovat optické signály s vysokou přesností. Patří sem biomedicínská zobrazovací zařízení, senzory, optické komunikační systémy a komponenty pro pokročilou elektroniku.

Proč by to mohlo ovlivnit obrazovky a elektroniku?

Nejbezprostřednějším dopadem není zítřejší výměna obrazovky vašeho telefonu. Výzkum je stále ve fázi ověřování konceptu. Přesto je zjištění relevantní, protože ukazuje nový způsob, jak transformovat materiály, které byly dříve považovány za obtížně napájitelné, na ovladatelné světelné zářiče.

• Obrazovky a displeje: Extrémně úzká emise může být užitečná v technologiích, které vyžadují velmi přesné barvy nebo vlnové délky, ačkoli tento přístup je stále třeba upravit pro komerční využití.
• Specializované osvětlení: LED diody, které vyzařují světlo v určitých rozsazích, mohou být užitečné ve vědě, průmyslu, senzorech a optických zařízeních.
• Medicína a zobrazovací metody: Světlo NIR-II může být prospěšné pro zařízení, která potřebují vidět struktury pod povrchem tkání.
• Optická komunikace: Dobře definované vlnové délky jsou důležité pro přenos a čtení signálů s menším šumem.
• Hybridní elektronika: Metoda kombinuje organické a anorganické materiály, což by mohlo inspirovat nové architektury optoelektronických zařízení.

Dalším důležitým bodem je možnost úpravy emise světla změnou typu a koncentrace lanthanoidů použitých v nanočásticích. To naznačuje, že technologii lze modulovat pro různé aplikace, místo aby se omezovala na jednu barvu nebo emisní rozsah.

Zatím to není technologie připravená k tomu, aby se dostala ke spotřebiteli.

Navzdory své chytlavé přezdívce by „nemožná LED“ neměla být chápána jako revoluční obrazovka připravená nahradit OLED, Mini LED nebo Micro LED. Studie demonstruje fyzikální mechanismus a funkční laboratorní zařízení, ale před jakýmkoli komerčním využitím stále existují důležité výzvy: trvanlivost, výrobní rozsah, náklady, integrace se stávajícími obvody a konečná účinnost v reálných produktech.

Přesto je tento objev významný, protože překonává bariéru považovanou za zásadní: elektricky aktivující izolační materiály s vynikajícími optickými vlastnostmi. Pokud se tato technika rozvine, mohla by se stát novým nástrojem pro návrh specializovaných LED diod, lékařských senzorů, kompaktních světelných zdrojů a součástek pro budoucí generace elektroniky.

Shrnutí: co se změní

• Vědci vytvořili LED diody s použitím izolačních nanočástic dopovaných lanthanoidy.
• Organické molekuly fungují jako „antény“, které zachycují elektrické náboje a přenášejí energii do nanočástic.
• Zařízení vyzařuje velmi čisté světlo v blízké infračervené oblasti (NIR-II).
• Technologie může být přínosem pro lékařské zobrazování, senzory, optickou komunikaci, specializované displeje a hybridní elektroniku.
• Jedná se stále o laboratorní výzkum, bez časového harmonogramu pro komerční produkty.

Podívejte se na video

Podívejte se taky

Zdroje: ScienceDaily/Univerzita v Cambridgi e Příroda.