طور فريق من العلماء بقيادة روتجرز مادة صديقة للبيئة، مستقرة جدا، فائقة السطوع واستخدمها لتوليد ضوء أزرق عميق (انبعاث عند ~450 نانومتر) في يصدر الضوء (LED)، وهو جهاز موفر للطاقة في قلب جميع أنظمة الإضاءة الرئيسية.

من المتوقع أن تساهم المواد الجديدة الهجينة المصنوعة من النحاس واليوديد في تقدم تقنيات LED الأزرق بسبب خصائصها الممتازة، وفقا للعلماء الذين روادا هذا الاكتشاف. تم وصف العملية التي تنتج هذه المادة في مجلة العلوم Nature.

قال جينغ لي، أستاذ متميز وأستاذ الكيمياء وعلم الأحياء الكيميائي في قسم الكيمياء وعلم الأحياء الكيميائي بكلية الآداب والعلوم، الذي يقود الدراسة: "مصابيح LED الزرقاء العميقة هي جوهر تقنيات الإضاءة الموفرة للطاقة اليوم." "ومع ذلك، غالبا ما تواجه الخيارات الحالية مشاكل تتعلق بالاستقرار، وقابلية التوسع، والتكلفة، والكفاءة، أو المخاوف البيئية بسبب استخدام المكونات السامة. يقدم هذا الهجين الجديد من النحاس واليوديد حلا مقنعا، مستفيدا من عدم سمية وقوته وأدائه العالي."

مصابيح LED هي أجهزة إضاءة تستخدم مواد خاصة تسمى أشباه الموصلات لتحويل الكهرباء إلى ضوء بطريقة فعالة ومتينة. تم اكتشاف مصابيح LED زرقاء في أوائل التسعينيات وأكسبت مكتشفيها جائزة نوبل في الفيزياء عام 2014.

تعد مصابيح LED الزرقاء مهمة بشكل خاص لأنها تستخدم لتوليد الضوء الأبيض وضرورية لتطبيقات الإضاءة العامة.

تعاونت لي وزملاؤها في روتجرز مع علماء في مختبر بروكهافن الوطني وأربعة فرق بحثية أخرى تمثل مؤسسات وطنية ودولية في جهد العمل على مواد جديدة لتحسين مصابيح LED الزرقاء الموجودة.

وجد الباحثون المشاركون في الدراسة طريقة لجعل مصابيح LED الزرقاء أكثر كفاءة واستدامة باستخدام نوع جديد من المواد الهجينة: مزيج من يوديد النحاس مع جزيئات عضوية.

قال لي: "أردنا ابتكار أنواع جديدة من المواد التي تعطي ضوءا أزرق عميقا ساطعا جدا واستخدامها لتصنيع مصابيح LED بتكلفة أقل من مصابيح LED الزرقاء الحالية."

قال العلماء إن شبه الموصل الهجين الجديد المصنوع من النحاس واليوديد يقدم عددا من المزايا مقارنة ببعض المواد الأخرى المستخدمة في مصابيح LED. بيروفسكايت الرصاص-هاليد رغم فعاليته من حيث التكلفة، إلا أنه يحتوي على رصاص سام للبشر، كما أنه يعاني من مشاكل في الاستقرار بسبب حساسيتها للرطوبة والأكسجين. مصابيح LED العضوية (OLEDs) مرنة وفعالة محتملة، لكنها قد تفتقر إلى الاستقرار الهيكلي والطيفي، مما يعني أنها قد تتحلل بسرعة وتفقد جودة لونها مع مرور الوقت. تؤدي النقاط الكمومية الغروية أداء جيدا بشكل رئيسي في مصابيح LED الخضراء ومنخفضة الطاقة، وغالبا ما تكون قائمة على الكادميوم، مما قد يثير مخاوف من السمية. قد تكون الباعثات العضوية الفسفورية مكلفة ومعقدة في التصنيع.

قال لي: "توفر المادة الجديدة بديلا صديقا للبيئة ومستقرا لما هو موجود حاليا، تعالج بعض هذه القضايا وقد تطور تكنولوجيا LED."

تمتلك المادة الهجينة النحاسية واليوديد خصائص إيجابية مثل عائد كمومي عالي جدا في التلألؤ الضوئي يبلغ حوالي 99.6٪، مما يعني أنها تحول تقريبا كل الطاقة الضوئية التي تتلقاها إلى ضوء أزرق. وصلت مصابيح LED الزرقاء المصنوعة من هذه المادة إلى أقصى كفاءة كمومية خارجية (النسبة بين عدد الفوتونات المنبعثة وعدد الإلكترونات المحقونة) وهي 12.6٪، وهي الأعلى التي تم تحقيقها حتى الآن لمصابيح LED الزرقاء العميقة المعالجة بالمحلول.

هذه المصابيح ليست فقط ساطعة، بل تدوم لفترة أطول مقارنة بالعديد من المصابيح الأخرى. في الظروف العادية، يكون عمر تشغيلها نصف العمر حوالي 204 ساعات، مما يعني أنه يمكن أن تستمر في التألق لفترة جيدة قبل أن يبدأ سطوعها في التلاشي. بالإضافة إلى ذلك، تعمل المادة بشكل جيد في التطبيقات على نطاق أوسع. نجح الباحثون في إنشاء جهاز أكبر يحافظ على كفاءة عالية، مما يدل على أن هذه المادة لديها إمكانية للاستخدام في التطبيقات الواقعية.

يكمن سر الأداء المذهل للمادة في تقنية مبتكرة طورها العلماء تسمى التفاعل المزدوج بين الوجوه وروابط الهيدروجين. تعزز تقنية التصنيع أداء مصابيح LED بشكل كبير بشكل كبير.

قال كون تشو، طالب دراسات عليا وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة روتجرز والذي يعمل الآن في معهد ماكس بلانك في ألمانيا وهو المؤلف الأول للورقة: "طريقة المعالجة لدينا تقلل من العيوب التي قد تعيق حركة الشحنات الكهربائية عند واجهة هذه المواد الهجينة." "قد يكون هذا النهج استراتيجية متعددة الاستخدامات لتوليد مصابيح LED عالية الأداء."

إذا كان يمكن تخيل LED كشطيرة بطبقات مختلفة، فإن لكل طبقة وظيفة محددة، مثل إصدار الضوء أو نقل الإلكترونات والثقوب. أحيانا، لا تتفاعل طبقة الانبعاث بشكل مثالي مع طبقات واجهتها، مما قد يقلل الكفاءة أو يقلل من عمرها. تقضي التقنية على هذه المشاكل عن طريق تكوين روابط هيدروجينية بين الطبقات لخلق اتصالات أفضل.

"بشكل عام، هذا النوع من المواد الجديدة يمهد الطريق لمصابيح LED أفضل وأكثر سطوعا وطول عمر دائمة،" قال لي.

ومن بين علماء روتجرز الآخرين الذين ساهموا في الدراسة ديردري أوكارول، أستاذة مشاركة، وناصر جاويد، طالب دكتوراه في قسم الكيمياء وعلم الأحياء الكيميائي وقسم علوم وهندسة المواد؛ وسيلفي رانغان، أستاذة بحثية مساعدة، وليلى كاساي، باحثة ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء والفلك.

تم تمويل البحث من قبل وزارة الطاقة الأمريكية.

رابط المصدر: https://www.ledinside.com/news/2025/7/2025_07_21_01