לד בלתי אפשרי יכול לשנות מסכים, תאורה ואלקטרוניקה

חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג' הדגימו סוג חדש של לד בלתי אפשרימכשיר המסוגל לגרום לננו-חלקיקים מבודדים לפלוט אור כאשר הם מופעלים על ידי חשמל. פריצת הדרך פורסמה בכתב העת טבע והופץ על ידי האוניברסיטה באמצעות מדע יומיזה עדיין בשלב המעבדה, אבל זה יכול לסלול את הדרך למסכים מדויקים יותר, חיישנים אופטיים, תקשורת מבוססת אור וציוד רפואי המסוגל לראות עמוק יותר לתוך רקמות ביולוגיות. למידע נוסף:

קראו גם: מבין מה זה מיקרו לד?, להכיר טכנולוגיית Micro RGB למסכים ולראות את צג OLED G5 של Odyssey מושק בברזיל.

למה זה נקרא "בלתי אפשרי"?

השם נובע מהמכשול העיקרי עליו התגברו המדענים: הננו-חלקיקים ששימשו בניסוי הם מבודדים חשמלייםבמילים פשוטות, משמעות הדבר היא שהן אינן מוליכות זרם בקלות. ואם חומר אינו מוליך חשמל, הוא בדרך כלל לא אמור לשמש בסיס טוב לנורת LED, מכיוון שנורות LED מסורתיות מסתמכות על הזרקת מטענים חשמליים כדי לייצר אור.

חלקיקים אלה נקראים ננו-חלקיקים מסוממים בלנתנידחלקיקים מגנטיים ברמה נמוכה (LnNPs), או LnNPs, כבר היו ידועים בזכות פליטת אור יציב ביותר עם ספקטרום צר מאוד וללא ההשפעות הלא רצויות של הבהוב או התדרדרות מהירה. הבעיה היא שעד כה, היה קשה להביא תכונות אלו למכשירים אלקטרוניים המופעלים ישירות על ידי מתח נמוך.

איך פועלת נורת הלד החדשה

הפתרון שמצא הצוות במעבדת קוונדיש בקיימברידג' היה שימוש במולקולות אורגניות כמעין גשר אנרגיה. החוקרים חיברו מולקולה בשם [שם המולקולה חסר] לפני השטח של הננו-חלקיקים. חומצה 9-אנתרצן-קרבוקסילית, או 9-ACA, שתואר במחקר כ"אנטנה מולקולרית".

במקום לנסות להעביר זרם חשמלי דרך הננו-חלקיק המבודד, המכשיר מזריק מטענים לתוך המולקולות האורגניות. מולקולות אלו לוכדות את האנרגיה החשמלית ונכנסות למצב מעורר המכונה... שלישיות ולהעביר את האנרגיה הזו ליוני הלנתניד בתוך הננו-חלקיק. משם, החומר פולט אור.

לפי המאמר שפורסם ב טבעגישה זו אפשרה יצירת נוריות LED מבוססות LnNP עם מתח הנעה של כ... 5 וולט, פליטה צרה מאוד בספקטרום האלקטרומגנטי ויעילות קוונטית חיצונית מעולה ל 0,6% בחלון הקרוב לאינפרא אדום (NIR-II). הפרסום של אוניברסיטת קיימברידג' מדגיש גם כי העברת האנרגיה המשולשת לננו-חלקיקים יכולה לנוע בין 98% של יעילות.

מהו אור אינפרא אדום קרוב (NIR-II)?

NIR-II היא להקה של אינפרא אדום קרוב שאינו נראה לעין האנושית, אך שימושי מאוד ליישומים מדעיים ורפואיים. אחת הסיבות לכך היא שסוג זה של אור יכול לעבור דרך רקמות ביולוגיות עם פחות פיזור מאשר אורכי גל גלויים, מה שיכול לשפר את טכניקות ההדמיה והחישה.

בפועל, נורת LED בעלת פליטה טהורה ומבוקרת מאוד בטווח זה יכולה להיות שימושית בציוד שצריך להאיר או לזהות אותות אופטיים בדיוק גבוה. זה כולל מכשירי הדמיה ביו-רפואית, חיישנים, מערכות תקשורת אופטית ורכיבים לאלקטרוניקה מתקדמת.

למה זה יכול להשפיע על מסכים ואלקטרוניקה?

ההשפעה המיידית ביותר אינה החלפת מסך הטלפון שלכם מחר. המחקר עדיין נמצא בשלב הוכחת ההיתכנות. למרות זאת, הממצא רלוונטי משום שהוא מראה דרך חדשה להפוך חומרים שנחשבו בעבר קשים להפעלה חשמלית לפולטי אור הניתנים לשליטה.

• מסכים ותצוגות: פליטה צרה במיוחד יכולה להיות מועילה בטכנולוגיות הדורשות צבעים או אורכי גל מדויקים מאוד, אם כי עדיין יש להתאים את הגישה לשימוש מסחרי.
• תאורה מיוחדת: נוריות LED הפולטות אור בטווחים ספציפיים יכולות להיות שימושיות במדע, בתעשייה, בחיישנים ובציוד אופטי.
• רפואה והדמיה: אור NIR-II עשוי להיות מועיל עבור מכשירים שצריכים לראות מבנים מתחת לפני השטח של רקמות.
• תקשורת אופטית: אורכי גל מוגדרים היטב חשובים לשידור וקריאת אותות עם פחות רעש.
• אלקטרוניקה היברידית: השיטה משלבת חומרים אורגניים ואנאורגניים, אשר יכולים לעורר ארכיטקטורות חדשות עבור התקנים אופטואלקטרוניים.

נקודה חשובה נוספת היא האפשרות להתאים את פליטת האור על ידי שינוי סוג וריכוז הלנתנידים המשמשים בננו-חלקיקים. דבר זה מצביע על כך שניתן להתאים את הטכנולוגיה ליישומים שונים, במקום להיתקע עם צבע או טווח פליטה יחיד.

זו עדיין לא טכנולוגיה מוכנה להגיע לצרכן.

למרות הכינוי הקליט שלו, אין להבין את ה"לד הבלתי אפשרי" כמסך מהפכני המוכן להחליף את ה-OLED, ה-Mini LED או ה-Micro LED. המחקר מדגים מנגנון פיזי ומכשיר מעבדה פונקציונלי, אך עדיין קיימים אתגרים חשובים לפני כל יישום מסחרי: עמידות, קנה מידה של ייצור, עלות, שילוב עם מעגלים קיימים ויעילות סופית במוצרים אמיתיים.

אף על פי כן, התגלית משמעותית משום שהיא מתגברת על מחסום הנחשב בסיסי: חומרי בידוד בעלי הפעלה חשמלית ובעלי תכונות אופטיות מצוינות. אם הטכניקה תבשיל, היא עשויה להפוך לכלי חדש לתכנון נוריות LED ייעודיות, חיישנים רפואיים, מקורות אור קומפקטיים ורכיבים לדורות עתידיים של אלקטרוניקה.

סיכום: מה משתנה

• חוקרים יצרו נורות LED באמצעות ננו-חלקיקים מבודדים מסוממים בלנתנידים.
• מולקולות אורגניות פועלות כ"אנטנות" שלוכדות מטענים חשמליים ומעבירות אנרגיה לננו-חלקיקים.
• המכשיר פולט אור טהור מאוד בטווח הקרוב לאינפרא אדום (NIR-II).
• טכנולוגיה יכולה להועיל להדמיה רפואית, חיישנים, תקשורת אופטית, צגים ייעודיים ואלקטרוניקה היברידית.
• זה עדיין מחקר מעבדתי, ללא לוח זמנים למוצרים מסחריים.

ראה את הסרטון

ראה גם

מקורות: ScienceDaily/אוניברסיטת קיימברידג' e טבע.