آیا شدت تابش LED‌ها با فناوری‌نانو ده برابر می‌شود؟

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یافته‌های محققان نشان داد که نانوانتن‌ها همراه با صفحات فسفر باعث افزایش نور می‌شوند. با این یافته می‌توان منابع نوری با درخشندگی ده برابر بیشتر از نمونه‌های فعلی تولید کرد.

LED‌های سفید ممکن است به زودی به‌عنوان منبع نور جهان با یک جایگزین بسیار بهتر از میدان خارج شوند. به‌عنوان یک فناوری کنترل نوری نسل بعدی، یک بلور فوتونیک یا نانوآنتن، ساختاری دو بعدی است که در آن ذرات به اندازه نانو به‌طور دوره‌ای و متناوب روی یک بستر چیده می‌شوند. پس از تابش، ترکیبی از نانوآنتن‌ها با یک صفحه فسفر به ترکیبی ایده‌آل از نور آبی و زرد می‌رسد.

LED‌های سفید در حال حاضر به صورت دیود‌های لیزر سفید یا LDS بهبود یافته‌اند که از فسفور‌های زرد و لیزر دیود‌های (LD) آبی تشکیل شده‌اند. در حالی که LD‌های آبی بسیار جهت‌دار هستند، فسفر‌های زرد در همه جهات تابش می‌کنند و در نتیجه مخلوط ناخواسته از رنگ‌ها ایجاد می‌شوند.

برای حل این موضوع، محققان صفحات فسفر را با استفاده از نانوانتن‌ها و آلومینیوم فلزی ایجاد کرده‌اند که باعث افزایش نور می‌شوند. نانوذرات آلومینیوم به‌طور موثری نور را پراکنده می‌کنند و شدت و جهت‌گیری نور را بهبود می‌بخشند. با این حال، آلومینیوم همچنین نور را جذب می‌کند و خروجی را کاهش می‌دهد. این مشکل یک گلوگاه است، به خصوص زمانی که روشنایی با شدت بالا نیاز باشد.

تیمی از محققان در دانشگاه کیوتو با جایگزینی آلومینیوم با یک ماده بهتر، ده برابر افزایش فتولومینسانس رو به جلو را به دست آورده‌اند. شونسوکه مورای، نویسنده اصلی مقاله مربوط به این پروژه می‌گوید: «به نظر می‌رسد که دی اکسید تیتانیوم انتخاب بهتری برای ضریب شکست بالا و جذب کم نور است.»

اگرچه شدت پراکندگی نور اکسید تیتانیوم در ابتدا نسبت به آلومینیوم فلزی پایین‌تر به نظر می‌رسید، این تیم از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای ابداع طراحی بهینه نانوانتن استفاده کرد.

مورای چنین توضیح می‌دهد: «فسفر‌های نانوانتنی جدید به دلیل روشنایی شدید و در عین حال صرفه جویی در مصرف انرژی بسیار جالب توجه هستند و از انجایی که می‌توانند هنگام تابش، افزایش دما را سرکوب کنند، سودمند هستند. در طی فرایند یافتن ابعاد بهینه، ما از اینکه متوجه شدیم که نازکترین فسفور‌ها به درخشان‌ترین فتولومینسانس را دارند، شگفت‌زده شدیم. این نتایج نشان می‌دهد چگونه می‌توان شدت تابش رو به جلو و عملکرد کلی را افزایش داد.»

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان “مهندسی فوتولومینسانس با فسفور‌های نانوانتن”، در ۲۱ دسامبر ۲۰۲۲ در مجله Journal of Materials Chemistry C منتشر شده است.