محققان در آزمایشگاه Cavendish دانشگاه کمبریج موفق به دستیابی به پیشرفتی چشمگیر در LEDها شدهاند که میتواند نحوه ساخت و عملکرد آیندهی نمایشگرها و منابع نور را تغییر دهد. این تحقیق که در نشریه معتبر Nature منتشر شده، نشان میدهد گروهی از پژوهشگران توانستهاند جریان الکتریکی را از طریق نانوذرات عایق حرکت دهند، چیزی که قبلاً غیرممکن تلقی میشد.
چراغهای LED امروزی در بسیاری از کاربردها از تلویزیونهای بزرگ تا لامپهای خانگی به کار میروند، اما همهی مواد LED قابلیت عبور جریان برق را ندارند. آن دسته از ذرات که از نظر الکتریکی عایق محسوب میشوند، معمولاً نمیتوانند جریان الکتریکی را هدایت کنند و تنها زمانی که تحت نور قرار گیرند، نور بسیار روشنی از خود ساطع میکنند.
این نانوذرات، که به آنها نانوذرات لانتانید عایق (LnNPs) گفته میشود و شامل عناصری نظیر نئودیمیم و ایتربیوم هستند، همیشه درخشندگی خوبی در حضور نور داشتهاند، اما رساندن بار الکتریکی به داخل آنها بدون نیاز به گرما یا ولتاژ زیاد چالشی بزرگ بوده است. پیش از این، تلاشها برای رساندن بار به درون این ذرات معمولاً به شکست انجامیده، چون بارها نمیتوانستند به یونهای داخل ذره برسند.
برای حل این مشکل، پژوهشگران به سراغ ترکیب نانوذرات با مولکولهای رنگی آلی 9-ACA رفتند. آنها موفق شدند با این روش پوششهای عایق سطح ذرات را جایگزین کنند، که این تغییر به آنها اجازه میدهد بار الکتریکی از طریق فرآیندی به نام انتقال انرژی سهگانه (Triplet Energy Transfer) به لایه آلی وارد شود و الکترونها را بگیرد.
وقتی این تغییرات انجام شد، دانشمندان توانستند الکترونها را به لایه آلی تزریق کنند و سیستمی بسازند که در آن انرژی به یونهای لانتانید منتقل میشود. نتیجه این فرآیند تولید نور نزدیک به مادونقرمز (NIR) با خلوص بسیار بالا و بازدهی بهتر از بسیاری دیگر از LEDهای آلی مشابه است.
این موفقیت میتواند در توسعه ابزارهای اپتوالکترونیکی هیبریدی برای کاربردهای پزشکی، بهویژه در تصویربرداری عمیق و بدون تغییر رنگ موثر باشد. پژوهشگران همچنین معتقدند روش جدید میتواند به راحتی برای دیگر مواد عایق نیز بهکار رود و امکان آزمایشهای بیشتری را فراهم کند.
این فناوری چگونه میتواند تلویزیونها و نمایشگرها را متحول کند؟
یکی از چالشهای اصلی نمایشگرهای امروزی، تولید رنگهای کاملاً خالص است. حتی در OLED و QLEDهای پیشرفته، بخشی از نور هدر میرود یا طیف رنگی کاملاً دقیق نیست. نانوذرات عایق لانتانیدی میتوانند نور با طول موج بسیار دقیق و کنترلشده تولید کنند، که نتیجه آن کاهش نیاز به فیلترهای نوری اضافی، رنگهای واقعیتر، پوشش گسنردهتر فضاهای رنگی و حجم رنگ بیشتر است.
از سوی دیگر، در نمایشگرهای مدرن، افزایش روشنایی معمولاً به معنای مصرف انرژی بالاتر و تولید گرمای بیشتر است. LEDهای مبتنی بر این فناوری میتوانند با ولتاژ کمتر روشنایی بیشتر تولید کنند که زمینه کاهش مصرف انرژی در پنلهای بزرگ و عملکرد پایدارتر در نمایش تصاویر HDR را فراهم میکند.
جمعبندی
این کشف صرفاً یک پیشرفت کوچک در LEDها نیست، بلکه تعریف دوبارهای از مواد قابل استفاده در نمایشگرها ارائه میدهد. اگر این فناوری به تولید انبوه برسد، میتواند نسل جدیدی از تلویزیونها و مانیتورها را با کیفیت تصویر بالاتر، مصرف انرژی کمتر و طول عمر بیشتر به بازار بیاورد و حتی جایگزین یا مکمل فناوریهایی مانند OLED و QLED شود.
با اینکه این دستاورد هنوز در مراحل ابتدایی است، اما باز کردن راه برای استفاده از نانوذرات عایق در LEDها میتواند چشمانداز جدیدی در کاربردهای نور، صفحهنمایشها و ابزارهای تشخیصی پزشکی ایجاد کند.
