LED umuligt kan ændre skærme, belysning og elektronik

Forskere ved University of Cambridge har demonstreret en ny type LED umuligEn enhed, der kan få isolerende nanopartikler til at udsende lys, når de drives af elektricitet. Gennembruddet blev offentliggjort i tidsskriftet Natur og formidles af universitetet via Science DailyDet er stadig i laboratoriefasen, men det kan bane vejen for mere præcise skærme, optiske sensorer, lysbaseret kommunikation og medicinsk udstyr, der er i stand til at se dybere ind i biologisk væv. Læs mere:

Læs også: forstå Hvad er Micro LED?, lære at kende Micro RGB-teknologi til skærme og se Odyssey OLED G5-skærm lanceret i Brasilien.

Hvorfor kaldes det "umuligt"?

Navnet stammer fra den største forhindring, som forskerne har overvundet: nanopartiklerne, der bruges i eksperimentet, er elektriske isolatorerKort sagt betyder det, at de ikke leder strøm let. Og hvis et materiale ikke leder elektricitet, bør det normalt ikke være en god base for en LED, da traditionelle LED'er er afhængige af indsprøjtning af elektriske ladninger for at generere lys.

Disse partikler kaldes lanthanid-dopede nanopartiklerLavniveaumagnetiske partikler (LnNP'er), eller LnNP'er, var allerede kendt for at udsende ekstremt stabilt lys med et meget smalt spektrum og uden de uønskede effekter af flimmer eller hurtig nedbrydning. Problemet er, at disse egenskaber indtil nu har været vanskelige at bringe til elektroniske enheder, der drives direkte af lavspænding.

Sådan fungerer den nye LED

Løsningen, som teamet på Cavendish Laboratory i Cambridge fandt, var at bruge organiske molekyler som en slags energibro. Forskerne fastgjorde et molekyle kaldet [navn på molekyle mangler] til overfladen af ​​nanopartiklerne. 9-anthracencarboxylsyre, eller 9-ACA, beskrevet i undersøgelsen som en "molekylær antenne".

I stedet for at forsøge at tvinge en elektrisk strøm gennem den isolerende nanopartikel, injicerer enheden ladninger i de organiske molekyler. Disse molekyler opfanger den elektriske energi og går ind i en exciteret tilstand kendt som... triplet og overføre denne energi til lanthanidionerne inde i nanopartiklen. Derfra udsender materialet lys.

Ifølge artiklen offentliggjort i NaturDenne tilgang muliggjorde oprettelsen af ​​LnNP-baserede LED'er med en drivspænding på cirka... 5 volt, meget smal emission i det elektromagnetiske spektrum og overlegen ekstern kvanteeffektivitet til 0,6% i det nær-infrarøde (NIR-II) vindue. Publikationen fra University of Cambridge fremhæver også, at den tredobbelte energioverførsel til nanopartikler kan gå fra 98% af effektivitet.

Hvad er nær-infrarødt lys (NIR-II)?

NIR-II er et band af nær infrarød som ikke er synlig for det menneskelige øje, men er meget nyttig til videnskabelige og medicinske anvendelser. En af grundene er, at denne type lys kan passere gennem biologisk væv med mindre spredning end synlige bølgelængder, hvilket kan forbedre billeddannelses- og sensorteknikker.

I praksis kan en LED med meget ren og kontrolleret emission i dette område være nyttig i udstyr, der skal belyse eller detektere optiske signaler med høj præcision. Dette omfatter biomedicinske billeddannelsesenheder, sensorer, optiske kommunikationssystemer og komponenter til avanceret elektronik.

Hvorfor kan dette påvirke skærme og elektronik?

Den mest umiddelbare effekt er ikke udskiftning af din telefonskærm i morgen. Forskningen er stadig i proof-of-concept-fasen. Alligevel er fundet relevant, fordi det viser en ny måde at omdanne materialer, der tidligere blev anset for vanskelige at drive elektrisk, til kontrollerbare lysemittere.

• Skærme og displays: Ekstremt smal emission kan være nyttig i teknologier, der kræver meget præcise farver eller bølgelængder, selvom tilgangen stadig skal tilpasses til kommerciel brug.
• Specialiseret belysning: LED'er, der udsender lys i bestemte områder, kan være nyttige inden for videnskab, industri, sensorer og optisk udstyr.
• Medicin og billeddannelse: NIR-II-lys kan være gavnligt for apparater, der har brug for at se strukturer under vævsoverfladen.
• Optisk kommunikation: Veldefinerede bølgelængder er vigtige for at transmittere og aflæse signaler med mindre støj.
• Hybrid elektronik: Metoden kombinerer organiske og uorganiske materialer, hvilket kan inspirere til nye arkitekturer til optoelektroniske enheder.

Et andet vigtigt punkt er muligheden for at justere lysudsendelsen ved at ændre typen og koncentrationen af ​​lanthanider, der anvendes i nanopartiklerne. Dette antyder, at teknologien kan moduleres til forskellige anvendelser i stedet for at være bundet til en enkelt farve eller et enkelt emissionsområde.

Det er endnu ikke en teknologi, der er klar til at nå ud til forbrugeren.

Trods sit iørefaldende øgenavn bør den "umulige LED" ikke forstås som en revolutionerende skærm, der er klar til at erstatte OLED, Mini LED eller Micro LED. Undersøgelsen demonstrerer en fysisk mekanisme og en funktionel laboratorieenhed, men der er stadig vigtige udfordringer før enhver kommerciel anvendelse: holdbarhed, produktionsskala, omkostninger, integration med eksisterende kredsløb og endelig effektivitet i virkelige produkter.

Alligevel er opdagelsen betydningsfuld, fordi den overvinder en barriere, der anses for fundamental: elektrisk aktiverende isolerende materialer, der har fremragende optiske egenskaber. Hvis teknikken modnes, kan den blive et nyt værktøj til design af specialiserede LED'er, medicinske sensorer, kompakte lyskilder og komponenter til fremtidige generationer af elektronik.

Resumé: hvad der ændrer sig

• Forskere har skabt LED'er ved hjælp af isolerende nanopartikler doteret med lanthanider.
• Organiske molekyler fungerer som "antenner", der opfanger elektriske ladninger og overfører energi til nanopartiklerne.
• Enheden udsender meget rent lys i det nær-infrarøde (NIR-II) område.
• Teknologi kan gavne medicinsk billeddannelse, sensorer, optisk kommunikation, specialiserede displays og hybridelektronik.
• Dette er stadig laboratorieforskning, uden en tidslinje for kommercielle produkter.

Se videoen

Se også

Kilder: ScienceDaily/Universitetet i Cambridge e Natur.