Ученые из Китая создали светодиод на основе нанокластеров йодида меди. Предложенный процесс производства и состав прибора позволят сделать экологичные и дешевые диоды с широким спектром излучения.
Источники света используют светодиоды и фотолюминесцентные материалы для создания белого света из компонентов, излучающих на разных длинах волн. Эту парадигму сопровождает ряд проблем. Светодиоды излучают в том числе в синем и фиолетовом спектрах, несущих потенциальный вред для здоровья человека.
Кроме того, различные скорости деградации элементов, отвечающих за цвета в составе белого света, приводят к нестабильности спектра излучения. Дороговизна одних редкоземельных металлов, используемых в процессе производства, и токсичность других заставляют ученых искать альтернативные подходы к осветительным элементам.
Китайская команда исследователей под руководством профессора Синляна Дая и профессора Чжичжена Е предложила использовать нанокластеры йодида меди и показала характеристики светодиода на его основе. Работа опубликована в журнале Light: Science & Applications.
Ранее излучатели на основе галогенида меди показывали слишком маленькую полную ширину на уровне половины высоты (FWHM), около 90 нанометров. Ученые разработали способ получения нанокластеров йодида меди одностадийным синтезом и осаждением. Благодаря правильному подбору лигандов и растворителя нанокластеры демонстрируют ультраширокую полосу излучения, высокую люминесцентную эффективность (до 60%), равномерную и компактную структуру, отличную стабильность при различных условиях окружающей среды и колебаниях температуры.
Эти светодиоды обладают FWHM около 120 нанометров, пиковой внешней квантовой эффективностью в 13%, рекордной максимальной яркостью примерно 50 000 кандел на квадратный метр и длинным сроком службы до половины яркости, 137 часов при яркости 100 кандел на квадратный метр. Более того, они показывают практически идентичную производительность как в атмосфере инертного газа, так и на воздухе.
Разработанный материал обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными технологиями освещения:
1. Меньшее влияние на организм: спектр излучения не содержит интенсивных синих компонентов, ассоциированных с нарушениями циркадного ритма.
2. Стабильность спектра: нанокластер меди — единый излучатель, что исключает сдвиг цвета, возникающий из-за различных скоростей деградации множества диодов в традиционных устройствах.
3. Экологичность и цена: йодид меди и органические лиганды недороги и значительно менее опасны, чем традиционные материалы для производства светодиодов.
Произведенные по предложенному техпроцессу светодиоды можно дешево и легко изготавливать массово. Высокая структурная жесткость нанокластеров в возбужденном состоянии обеспечивает их отличную устойчивость к внешним воздействиям и температурным изменениям.
Благодаря этим свойствам нанокластеры на основе меди открывают перспективы для создания более безопасных для человека и природы широкополосных светодиодов. Исследователи связывают возможности улучшения эффективности и стабильности работы светодиодов на основе нанокластеров меди с тщательным выбором лигандов.