Китайские ученые разработали светодиод, использующий нанокластеры йодида меди. Новый метод изготовления и конструкция устройства открывают возможности для создания экологически чистых и недорогих диодов, способных излучать свет в широком диапазоне длин волн.
Светодиодные устройства и фотолюминесцентные материалы используют различные компоненты, излучающие свет на разных длинах волн, для получения белого света. Однако, этот подход связан с рядом сложностей. Светодиоды испускают свет в синей и фиолетовой областях спектра, что может представлять угрозу для здоровья людей.
Различная скорость деградации компонентов, определяющих цвета в белом свете, вызывает нестабильность спектра излучения. Высокая стоимость некоторых редкоземельных металлов, применяемых в процессе изготовления, и токсичность других побуждают исследователей разрабатывать альтернативные решения для создания осветительных приборов.
Китайские ученые во главе с профессорами Синляном Даем и Чжичженом Е разработали предложение по применению нанокластеров йодида меди и показала характеристики светодиода на его основе. Работа опубликована в журнале Light: Science & Applications.
Изначально излучатели, созданные на основе галогенида меди, демонстрировали недостаточную ширину профиля излучения на уровне половины максимума (FWHM), составлявшую приблизительно 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.
Светодиоды характеризуются шириной полосы излучения (FWHM) около 120 нанометров, пиковой внешней квантовой эффективностью 13%, выдающейся максимальной яркостью приблизительно 50 000 кандел на квадратный метр и длительным сроком службы до снижения яркости вдвое – 137 часов при уровне 100 кандел на квадратный метр. При этом, их производительность практически не отличается при работе как в атмосфере инертного газа, так и в воздухе.
Новый материал демонстрирует ряд значительных достоинств, если сравнивать его с традиционными методами освещения:
спектр излучения содержит меньше синих компонентов, что снижает его воздействие на организм и уменьшает вероятность возникновения нарушений циркадного ритма.
нанокластер меди выступает в роли цельного излучателя, благодаря чему обеспечивается стабильность спектра. В традиционных устройствах из-за неравномерной деградации множества диодов наблюдается сдвиг цвета, чего не происходит в данном случае.
йодид меди и органические лиганды обладают привлекательной ценой и являются более экологичными альтернативами традиционным материалам, используемым в производстве светодиодов.
Светодиоды, изготовленные по разработанной технологии, позволяют осуществлять их массовое производство с минимальными затратами и усилиями. Благодаря высокой структурной прочности нанокластеров в возбужденном состоянии, они демонстрируют превосходную устойчивость к внешним факторам и изменениям температуры.
Благодаря этим свойствам, нанокластеры на основе меди позволяют создавать светодиоды с широким диапазоном излучения, которые более безопасны для человека и окружающей среды. Ученые полагают, что повышение эффективности и стабильности работы таких светодиодов связано с тщательным выбором лигандов.