LED-omöjligt kan ändra skärmar, belysning och elektronik

Forskare vid University of Cambridge har visat en ny typ av LED omöjligEn anordning som kan få isolerande nanopartiklar att avge ljus när de drivs med elektricitet. Genombrottet publicerades i tidskriften. Natur och sprids av universitetet via ScienceDailyDet är fortfarande i laboratoriefasen, men det skulle kunna bana väg för mer exakta skärmar, optiska sensorer, ljusbaserad kommunikation och medicinsk utrustning som kan se djupare in i biologiska vävnader. Läs mer:

Läs också: förstå Vad är Micro LED?, lära känna Micro RGB-teknik för skärmar och se Odyssey OLED G5-skärm lanserad i Brasilien.

Varför kallas det "omöjligt"?

Namnet kommer från det största hindret som forskarna övervunnit: nanopartiklarna som användes i experimentet är elektriska isolatorerEnkelt uttryckt betyder det att de inte leder ström lätt. Och om ett material inte leder elektricitet, bör det normalt inte vara en bra bas för en LED, eftersom traditionella LED-lampor är beroende av injektion av elektriska laddningar för att generera ljus.

Dessa partiklar kallas lantanid-dopade nanopartiklarLågnivåmagnetiska partiklar (LnNP), eller LnNP, var redan kända för att avge extremt stabilt ljus med ett mycket smalt spektrum och utan de oönskade effekterna av flimmer eller snabb nedbrytning. Problemet är att dessa egenskaper fram till nu varit svåra att få till elektroniska apparater som drivs direkt av lågspänning.

Så fungerar den nya LED-lampan

Lösningen som teamet vid Cavendish-laboratoriet i Cambridge hittade var att använda organiska molekyler som en slags energibrygga. Forskarna fäste en molekyl som heter [namn på molekyl saknas] på ytan av nanopartiklarna. 9-antracenkarboxylsyra, eller 9-ACA, som i studien beskrivs som en "molekylär antenn".

Istället för att försöka tvinga en elektrisk ström genom den isolerande nanopartikeln, injicerar enheten laddningar i de organiska molekylerna. Dessa molekyler fångar den elektriska energin och går in i ett exciterat tillstånd som kallas... trilling och överföra denna energi till lantanidjonerna inuti nanopartikeln. Därifrån avger materialet ljus.

Enligt artikeln som publicerades i NaturDenna metod möjliggjorde skapandet av LnNP-baserade lysdioder med en drivspänning på ungefär... 5 volt, mycket smal emission i det elektromagnetiska spektrumet och överlägsen extern kvantverkningsgrad till 0,6% i det nära-infraröda fönstret (NIR-II). Publikationen från University of Cambridge framhäver också att den tripletta energiöverföringen till nanopartiklar kan gå från 98% av effektivitet.

Vad är nära-infrarött ljus (NIR-II)?

NIR-II är ett band av nära infrarött vilket inte är synligt för det mänskliga ögat, men är mycket användbart för vetenskapliga och medicinska tillämpningar. En av anledningarna är att denna typ av ljus kan passera genom biologiska vävnader med mindre spridning än synliga våglängder, vilket kan förbättra avbildnings- och sensortekniker.

I praktiken kan en lysdiod med mycket ren och kontrollerad emission i detta område vara användbar i utrustning som behöver belysa eller detektera optiska signaler med hög precision. Detta inkluderar biomedicinska avbildningsenheter, sensorer, optiska kommunikationssystem och komponenter för avancerad elektronik.

Varför skulle detta kunna påverka skärmar och elektronik?

Den mest omedelbara effekten är inte att du behöver byta ut din telefonskärm imorgon. Forskningen är fortfarande i konceptfasen. Trots det är fyndet relevant eftersom det visar ett nytt sätt att omvandla material som tidigare ansetts svåra att driva elektriskt till kontrollerbara ljussändare.

• Skärmar och displayer: Extremt smal emission kan vara till hjälp i tekniker som kräver mycket exakta färger eller våglängder, även om metoden fortfarande behöver anpassas för kommersiellt bruk.
• Specialiserad belysning: Lysdioder som avger ljus inom specifika intervall kan vara användbara inom vetenskap, industri, sensorer och optisk utrustning.
• Medicin och bilddiagnostik: NIR-II-ljus kan vara fördelaktigt för apparater som behöver se strukturer under vävnadsytan.
• Optisk kommunikation: Väldefinierade våglängder är viktiga för att sända och läsa signaler med mindre brus.
• Hybridelektronik: Metoden kombinerar organiska och oorganiska material, vilket skulle kunna inspirera till nya arkitekturer för optoelektroniska enheter.

En annan viktig punkt är möjligheten att justera ljusemissionen genom att ändra typen och koncentrationen av lantanider som används i nanopartiklarna. Detta tyder på att tekniken kan moduleras för olika tillämpningar, istället för att vara bunden till en enda färg eller ett emissionsområde.

Det är ännu inte en teknik som är redo att nå konsumenten.

Trots sitt iögonfallande smeknamn bör den "omöjliga LED-skärmen" inte förstås som en revolutionerande skärm redo att ersätta OLED, Mini LED eller Micro LED. Studien visar en fysisk mekanism och en funktionell laboratorieanordning, men det finns fortfarande viktiga utmaningar innan någon kommersiell tillämpning: hållbarhet, tillverkningsskala, kostnad, integration med befintliga kretsar och slutlig effektivitet i verkliga produkter.

Upptäckten är dock betydelsefull eftersom den övervinner ett hinder som anses vara grundläggande: elektriskt aktiverande isoleringsmaterial som har utmärkta optiska egenskaper. Om tekniken mognar kan den bli ett nytt verktyg för att designa specialiserade lysdioder, medicinska sensorer, kompakta ljuskällor och komponenter för framtida generationer av elektronik.

Sammanfattning: vad som förändras

• Forskare har skapat lysdioder med hjälp av isolerande nanopartiklar dopade med lantanider.
• Organiska molekyler fungerar som "antenner" som fångar upp elektriska laddningar och överför energi till nanopartiklarna.
• Apparaten avger mycket rent ljus i det nära infraröda området (NIR-II).
• Tekniken kan gynna medicinsk avbildning, sensorer, optisk kommunikation, specialiserade displayer och hybridelektronik.
• Detta är fortfarande laboratorieforskning, utan tidslinje för kommersiella produkter.

Se videon

Se också

källor: ScienceDaily/University of Cambridge e Natur.