LED umulig kan endre skjermer, belysning og elektronikk

Forskere ved University of Cambridge har demonstrert en ny type LED umuligEn enhet som kan få isolerende nanopartikler til å sende ut lys når de drives av elektrisitet. Gjennombruddet ble publisert i tidsskriftet Natur og formidles av universitetet via ScienceDailyDet er fortsatt i laboratoriefasen, men det kan bane vei for mer presise skjermer, optiske sensorer, lysbasert kommunikasjon og medisinsk utstyr som er i stand til å se dypere inn i biologisk vev. Lær mer:

Les også: forstå Hva er mikro-LED?, bli kjent Micro RGB-teknologi for skjermer og se Odyssey OLED G5-skjerm lansert i Brasil.

Hvorfor kalles det «umulig»?

Navnet kommer fra den største hindringen forskerne har overvunnet: nanopartiklene som brukes i eksperimentet er elektriske isolatorerEnkelt sagt betyr dette at de ikke leder strøm lett. Og hvis et materiale ikke leder strøm, bør det vanligvis ikke være en god base for en LED, siden tradisjonelle LED-pærer er avhengige av injeksjon av elektriske ladninger for å generere lys.

Disse partiklene kalles lantaniddopede nanopartiklerLavnivåmagnetiske partikler (LnNP-er), eller LnNP-er, var allerede kjent for å sende ut ekstremt stabilt lys med et svært smalt spektrum og uten de uønskede effektene av flimring eller rask nedbrytning. Problemet er at disse egenskapene frem til nå har vært vanskelige å bringe til elektroniske enheter som drives direkte av lavspenning.

Slik fungerer den nye LED-en

Løsningen teamet ved Cavendish-laboratoriet i Cambridge fant var å bruke organiske molekyler som en slags energibro. Forskerne festet et molekyl kalt [navn på molekyl mangler] til overflaten av nanopartiklene. 9-antracenkarboksylsyre, eller 9-ACA, beskrevet i studien som en «molekylær antenne».

I stedet for å prøve å tvinge en elektrisk strøm gjennom den isolerende nanopartikkelen, injiserer enheten ladninger i de organiske molekylene. Disse molekylene fanger opp den elektriske energien og går inn i en eksitert tilstand kjent som... triplett og overføre denne energien til lantanidionene inne i nanopartiklen. Derfra sender materialet ut lys.

I følge artikkelen publisert i NaturDenne tilnærmingen tillot produksjon av LnNP-baserte LED-er med en drivspenning på omtrent ... 5 volt, svært smal emisjon i det elektromagnetiske spekteret og overlegen ekstern kvanteeffektivitet til 0,6% i det nær-infrarøde vinduet (NIR-II). Publikasjonen fra University of Cambridge fremhever også at den triplette energioverføringen til nanopartikler kan gå fra 98% av effektivitet.

Hva er nær-infrarødt lys (NIR-II)?

NIR-II er et band av nær infrarød som ikke er synlig for det menneskelige øyet, men som er svært nyttig for vitenskapelige og medisinske anvendelser. En av grunnene er at denne typen lys kan passere gjennom biologisk vev med mindre spredning enn synlige bølgelengder, noe som kan forbedre avbildnings- og sensorteknikker.

I praksis kan en LED med svært ren og kontrollert emisjon i dette området være nyttig i utstyr som trenger å belyse eller oppdage optiske signaler med høy presisjon. Dette inkluderer biomedisinske bildediagnostikkenheter, sensorer, optiske kommunikasjonssystemer og komponenter for avansert elektronikk.

Hvorfor kan dette påvirke skjermer og elektronikk?

Den mest umiddelbare effekten er ikke at du må bytte ut telefonskjermen i morgen. Forskningen er fortsatt i konseptutprøvingsfasen. Likevel er funnet relevant fordi det viser en ny måte å transformere materialer som tidligere ble ansett som vanskelige å drive elektrisk, til kontrollerbare lysemittere.

• Skjermer og displayer: Ekstremt smal emisjon kan være nyttig i teknologier som krever svært presise farger eller bølgelengder, selv om tilnærmingen fortsatt må tilpasses for kommersiell bruk.
• Spesialisert belysning: LED-er som avgir lys i bestemte områder kan være nyttige innen vitenskap, industri, sensorer og optisk utstyr.
• Medisin og bildebehandling: NIR-II-lys kan være nyttig for enheter som trenger å se strukturer under vevsoverflaten.
• Optisk kommunikasjon: Veldefinerte bølgelengder er viktige for å overføre og lese signaler med mindre støy.
• Hybrid elektronikk: Metoden kombinerer organiske og uorganiske materialer, noe som kan inspirere til nye arkitekturer for optoelektroniske enheter.

Et annet viktig poeng er muligheten for å justere lysutslippet ved å endre typen og konsentrasjonen av lantanider som brukes i nanopartiklene. Dette antyder at teknologien kan moduleres for forskjellige bruksområder, i stedet for å være fastlåst med en enkelt farge eller et utslippsområde.

Det er ennå ikke en teknologi som er klar til å nå forbrukeren.

Til tross for det fengende kallenavnet, bør ikke den «umulige LED-en» forstås som en revolusjonerende skjerm klar til å erstatte OLED, Mini LED eller Micro LED. Studien demonstrerer en fysisk mekanisme og en funksjonell laboratorieenhet, men det er fortsatt viktige utfordringer før enhver kommersiell anvendelse: holdbarhet, produksjonsskala, kostnad, integrasjon med eksisterende kretser og endelig effektivitet i virkelige produkter.

Likevel er oppdagelsen viktig fordi den overvinner en barriere som anses som fundamental: elektrisk aktiverende isolerende materialer som har utmerkede optiske egenskaper. Hvis teknikken modnes, kan den bli et nytt verktøy for å designe spesialiserte LED-er, medisinske sensorer, kompakte lyskilder og komponenter for fremtidige generasjoner av elektronikk.

Sammendrag: hva som endres

• Forskere har laget LED-lys ved hjelp av isolerende nanopartikler dopet med lantanider.
• Organiske molekyler fungerer som «antenner» som fanger opp elektriske ladninger og overfører energi til nanopartiklene.
• Enheten sender ut svært rent lys i det nær-infrarøde (NIR-II) området.
• Teknologi kan være til nytte for medisinsk avbildning, sensorer, optisk kommunikasjon, spesialiserte skjermer og hybridelektronikk.
• Dette er fortsatt laboratorieforskning, uten tidslinje for kommersielle produkter.

Se videoen

Se også

Kilder: ScienceDaily/Universitetet i Cambridge e Natur.