Η τεχνολογία των LED έχει σημειώσει υπερβολική ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια, επεκτείνοντάς την από γιγαντιαίες τηλεοράσεις μέχρι τους λαμπτήρες που χρησιμοποιούμε καθημερινά. Το κρίσιμο ερώτημα είναι, ωστόσο, αν είναι όλα τα LED ίδια.
Εν μέσω της κυριαρχίας των τεχνολογιών OLED και QLED, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Cambridge διερευνούν πιο εξειδικευμένα υλικά που υπόσχονται νέες δυνατότητες. Μια σημαντική ανακάλυψη από την ερευνητική ομάδα του Cavendish Laboratory μπορεί να αλλάξει ριζικά την αντίληψή μας για τα LED.
Η ανακάλυψη
Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι κατάφεραν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα μέσω μικροσκοπικών σωματιδίων, τα οποία μέχρι σήμερα λειτουργούσαν ως μονωτές.
Τα σωματίδια αυτά βασίζονται σε σπάνιες γαίες όπως το νεοδύμιο και το υττέρβιο, και η ανακάλυψη αυτή ενδέχεται να ανοίξει το δρόμο για μια νέα γενιά τεχνολογίας LED.
Τι είναι τα lanthanide nanoparticles
Ονομάζονται insulating lanthanide nanoparticles (LnNPs) και είναι γνωστά ότι μπορούν να εκπέμπουν έντονο φως όταν διεγείρονται με φωτισμό. Ωστόσο, το πρόβλημα ήταν ότι δεν είχαν τη δυνατότητα να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα, καθώς το ηλεκτρικό φορτίο δεν διείσδυε στο εσωτερικό τους χωρίς την εφαρμογή ακραίων θερμοκρασιών ή υψηλών τάσεων.
Η λύση: υβριδική προσέγγιση με οργανικά μόρια
Για να επιλύσουν αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια υβριδική μέθοδο, συνδυάζοντας τις LnNPs με οργανικά μόρια βαφής 9-ACA. Αυτή η διαδικασία αντικατέστησε το μονωτικό περίβλημα και επέτρεψε την φόρτισή τους μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται triplet energy transfer.
Έτσι, το εν λόγω ενεργειακό κενό, το οποίο είχε εμπόδισε τις LnNPs να διεγερθούν ηλεκτρικά, παρακάμφθηκε σχεδόν ολοκληρωτικά.
Από τα excitons στο υπέρυθρο LED νέας γενιάς
Μετά την υβριδική μετατροπή, οι ερευνητές μπόρεσαν να εισάγουν ηλεκτρόνια στο οργανικό στρώμα, δημιουργώντας excitons. Αυτή η διαδικασία επέτρεψε τη μεταφορά ενέργειας στα ιόντα λανθανίδων, επιτρέποντάς τους να εκπέμπουν «καθαρό» φως στο φάσμα του near-infrared (NIR).
Μάλιστα, τα νέα αυτά LEDs, γνωστά ως LnLEDs, όχι μόνο εκπέμπουν περισσότερο καθαρό NIR φως αλλά υπερτερούν και σε απόδοση σε σχέση με τις υπάρχουσες οργανικές NIR LED τεχνολογίες.
Τεράστιες δυνατότητες σε ιατρικές και βιοϊατρικές εφαρμογές
Η τεχνολογία αυτή έχει τη δυνατότητα να διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο σε τομείς όπως:
- Βιοϊατρικά διαγνωστικά εργαλεία
- Απεικόνιση βαθιάς ιστού χωρίς αλλοίωση εικόνας
- Υβριδικά οπτοηλεκτρονικά συστήματα
Το NIR φως είναι ήδη χρήσιμο στην ιατρική, καθώς διαπερνά βαθύτερα τους ιστούς χωρίς να προκαλεί βλάβες. Τα LnLEDs προσφέρουν, επομένως, σημαντικές δυνατότητες για πιο ακριβή και ασφαλή διαγνωστικά εργαλεία.
Τι έπεται;
Παρά την καινοτόμο ανακάλυψη, οι ερευνητές επισημαίνουν την πρόθεση να βελτιώσουν ακόμα περαιτέρω τη φωτεινότητα των νέων LEDs. Η μέθοδος θεωρείται ιδιαίτερα επεκτάσιμη και σε άλλα μονωτικά υλικά, ανοίγοντας το δρόμο για νέα πρωτοποριακά πειραματικά μοντέλα.
Μια εξέλιξη που μπορεί να αλλάξει την αγορά LEDs
Εάν αυτή η τεχνολογία συνεχίσει να ωριμάζει, θα μπορούσε:
- Να προσφέρει πιο αποδοτικές λύσεις LED
- Να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας
- Να εισάγει νέες μορφές φωτισμού και απεικόνισης
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature
