Fizikos docentas Hanwei Gao ir chemijos inžinerijos docentas Biwu Ma demonstruoja laboratorijoje bandomą šviestuką

Floridos valstijos universiteto (FVU) medžiagotyros mokslininkų komanda sukūrė naujo tipo LED šviesos diodus – jie ne tik pasižymi išskirtiniu ryškumu, bet ir yra ypač lengvai ir pigiai gaminami. Šis neeilinis pasiekimas atveria dar neregėtus horizontus LED šviestukams.

Kad sukurtų didesnio efektyvumo LED diodus, Fizikos docentas Hanwei Gao ir chemijos inžinerijos docentas Biwu Ma pasitelkė medžiagą, vadinamą organometaliniu halogenidų perovskitu.

Savo išvadas jie išdėstė žurnale „Advanced Materials“.

„Ankstesni tyrimai parodė, kad perovskitas galėtų būti perspektyvi medžiaga kuriant LED, tačiau vykdyti eksperimentai neatskleisdavo tikrojo jo potencialo“, – pasakojo Gao.

Perovskitas yra medžiaga, su tokia pačia kristaline struktūra, kaip ir kalcio titano oksidas. Anksčiau inžinieriai jau yra bandę kurti LED diodus perovskito pagrindu, tačiau taip ir nesugebėjo jų padaryti pakankamai efektyviais. Tai įkvėpė Gao ir Ma ieškoti kitų būdų, todėl jie išbandė organinių ir neorganinių medžiagų junginį, kuris pademonstravo žymiai geresnius rezultatus.

Inovacija,  pranokusi lūkesčius

Po kelių mėnesių eksperimentų, pasitelkus sintetinę chemiją, pagaliau pavyko suderinti šios medžiagos savybes su technologiniais gamybos reikalavimais bei suprojektuoti visą šviesos diodo architektūrą. Taip mokslininkai galiausiai sukūrė LED šviestukus, kurie tyrėjus tiesiogine žodžio prasme apstulbino – šviesos diodai švietė neįprastai ryškiai.

Naujosios LED technologijos šviesos spinduliavimo stipris yra maždaug 10 tūkst. kandelų vienam kvadratiniam metrui (esant 12 V įtampai). Palyginimui, kompiuterių ekranuose esančių LED spinduliuojamas stipris siekia vos 400 kandelų vienam kvadratiniam metrui.

„Toks išskirtinis ryškumas išgaunamas dėl kur kas efektyvesnio kristalinės nanomedžiagos paviršiaus“, – sakė Gao.

Paprasta ir perspektyvu

Mokslininkas taip pat pabrėžia, kad šios medžiagos išgavimas yra greitas ir ganėtinai lengvas. Laboratorijoje tai trunka apie valandą, o sukurti bei išbandyti visą šviesos diodą prireikia maždaug pusės dienos.

Be to, jei hibridinis perovskitas yra linkęs į nestabilumą drėgnos aplinkos sąlygomis, tai nanostruktūrinės formos perovskitas demonstruoja nepaprastą stabilumą bet kokioje terpėje. Tokios cheminės savybės panaikina sudėtingos infrastruktūros diegimo poreikį, o tai leidžia sumažinti technologijos gaminimo kaštus.

Štai kodėl šis LED technologijos atradimas yra itin svarbus – jis leistų ženkliai sumažinti gamybos išlaidas ir atpiginti LED šviestukus. Šiuo metu LED apšvietimas  dar nėra naudojamas masiškai dėl didesnės jo kainos, tačiau pasak JAV Energetikos departamento, šviesos diodų naudojimas vien tik privačiuose namų ūkiuose, energijos suvartojimą sumažintų daugiau nei 75 proc.

„Jei galime sumažinti kainą ir padidinti LED efektyvumą, visi to norės, – sakė Ma. – Mes turime didelį privalumą, nes šios medžiagos žemėje yra gausu ir ją lengva perdirbti“.

Su tokia išvada sutinka ir didžiausio Lietuvoje LED šviestukų gamintojo ELMO technologijos projektų vadovas Jonas Jakučionis: „naujoji šviesos diodų gamybos technologija ne tik sudomins visus LED gamintojus, bet ir paskatins naujus tyrimus ieškant dar tobulesnių LED gamybos būdų. Panašu, jog didieji LED atradimai tik priešakyje ir ateityje tiesiog neįsivaizduosime savo gyvenimo be šios technologijos“.

Tuo pačiu ELMO technologijos atstovas atkreipia dėmesį ne tik į mažesnę naujų LED šviestukų kainą, bet ir dar platesnes galimybes, kurias atveria jų padidėjęs ryškumas:

„Naujos kartos LED šviestukus lengvai galima panaudoti ekranų ir reklamos apšvietimui. Didelis ryškumas gelbėtų reklaminių ekranų ar interaktyvių kelio ženklų naudojimą esant tiesioginiams saulės spinduliams, o maža maitinimo įtampa leis pritaikyti technologiją ir išmaniuosiuose įrenginiuose. Taip pat susižavėjimą kelia naujosios medžiagos stabilumas esant aukštesnėms temperatūroms – tai gali uždegti žalią šviesą LED‘ų panaudojimui pirtyse, ar kitose specialiose patalpose.“