Un equipo de científicos liderado por Rutgers ha desarrollado un material ecológico, muy estable y ultrabrillante, y lo ha utilizado para generar luz azul profundo (emisión a ~450 nm) en un diodo emisor de luz (LED), un dispositivo eficiente energéticamente que es el núcleo de todos los principales sistemas de iluminación.

Se espera que los nuevos materiales híbridos emisores de cobre y yoduro contribuyan al avance de las tecnologías LED azules debido a sus excelentes cualidades, según los científicos que fueron pioneros en el descubrimiento. El proceso que produce el material se describe en la revista científica Nature.

"Los LEDs azul profundo están en el corazón de las tecnologías de iluminación energéticamente eficientes de hoy", dijo Jing Li, profesor distinguido y profesor del Consejo de Gobernadores de Química y Biología Química en el Departamento de Química y Biología Química de la Escuela de Artes y Ciencias, que lidera el estudio. "Sin embargo, las opciones existentes suelen presentar problemas de estabilidad, escalabilidad, coste, eficiencia o preocupaciones medioambientales debido al uso de componentes tóxicos. Este nuevo híbrido cobre-yoduro ofrece una solución atractiva, aprovechando su no toxicidad, robustez y alto rendimiento."

Los LEDs son dispositivos de iluminación que utilizan materiales especiales llamados semiconductores para convertir la electricidad en luz de forma eficiente y duradera. Los LED azules se descubrieron a principios de los años 90 y valieron a sus descubridores el Premio Nobel de Física en 2014.

Los LED azules son especialmente importantes porque se utilizan para crear luz blanca y son esenciales para aplicaciones generales de iluminación.

Li y sus colegas en Rutgers colaboraron con científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven y otros cuatro equipos de investigación que representaban instituciones nacionales e internacionales en el esfuerzo por trabajar en nuevos materiales que mejoraran los LEDs azules existentes.

Los investigadores implicados en el estudio encontraron una forma de hacer que los LEDs azules sean más eficientes y sostenibles utilizando un nuevo tipo de material híbrido: una combinación de yoduro de cobre con moléculas orgánicas.

"Queríamos crear nuevos tipos de materiales que proporcionen una luz azul intensa muy intensa y usarlos para fabricar LEDs a menor coste que los LEDs azules actuales", dijo Li.

El nuevo semiconductor híbrido de cobre y yoduro ofrece varias ventajas frente a otros materiales utilizados en LEDs, según los científicos. Las perovskitas de plomo-haluro, aunque rentables, contienen plomo, que es tóxico para los humanos, además de tener problemas de estabilidad debido a su sensibilidad a la humedad y al oxígeno. Los LEDs orgánicos (OLED) son flexibles y potencialmente eficientes, pero pueden carecer de estabilidad estructural y espectral, lo que significa que pueden degradarse rápidamente y perder calidad de color con el tiempo. Los puntos cuánticos coloidales funcionan bien principalmente en LEDs verdes y de menor energía y a menudo son a base de cadmio, lo que puede generar preocupaciones de toxicidad. Los emisores orgánicos fosforescentes pueden ser costosos y complejos de sintetizar.

"El nuevo material ofrece una alternativa ecológica y estable a lo que existe actualmente, abordando algunos de estos problemas y podría, potencialmente, avanzar en la tecnología LED", dijo Li.

El material híbrido de cobre-yoduro posee cualidades favorables como un rendimiento cuántico fotoluminiscente muy alto de aproximadamente el 99,6%, lo que significa que convierte casi toda la fotoenergía que recibe en luz azul. Los LEDs azules fabricados con este material han alcanzado una eficiencia cuántica externa máxima (la proporción entre el número de fotones emitidos y el número de electrones inyectados) del 12,6%, entre las más altas logradas hasta ahora para LEDs azul profundo procesados en solución.

No solo estos LEDs son brillantes, sino que también duran más tiempo en comparación con muchos otros. En condiciones normales, tienen una vida media operativa de unas 204 horas, lo que significa que pueden seguir brillando durante un buen tiempo antes de que su brillo empiece a desvanecerse. Además, el material funciona bien en aplicaciones a mayor escala. Los investigadores lograron crear con éxito un dispositivo más grande que mantiene una alta eficiencia, demostrando que este material tiene potencial para ser utilizado en aplicaciones reales.

El secreto del impresionante rendimiento del material reside en una técnica innovadora desarrollada por los científicos llamada pasivación de enlace de hidrógeno interfacial dual. La técnica de fabricación mejora significativamente el rendimiento de los LEDs en cuatro ocasiones.

"Nuestro método de procesamiento minimiza los defectos que pueden dificultar el movimiento de cargas eléctricas en la interfaz de estos materiales híbridos", dijo Kun Zhu, antiguo estudiante de posgrado y asociado postdoctoral en Rutgers, que ahora trabaja en el Instituto Max Planck en Alemania y es el primer autor del artículo. "Este enfoque podría ser una estrategia versátil para generar LEDs de alto rendimiento."

Si el LED puede imaginarse como un sándwich con diferentes capas, cada capa tiene una función específica, como emitir luz o transportar electrones y huecos. A veces, la capa emisiva no interactúa perfectamente con sus capas de interfaz, lo que puede reducir la eficiencia o acortar la vida útil. La técnica elimina estos problemas formando enlaces de hidrógeno entre las capas para crear mejores conexiones.

"En general, este tipo de nuevo material está allanando el camino para LEDs mejores, más brillantes y duraderos", dijo Li.

Otros científicos de Rutgers que contribuyeron al estudio incluyeron a Deirdre O'Carroll, profesora asociada, y Nasir Javed, estudiante de doctorado, del Departamento de Química y Biología Química y del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales; y Sylvie Rangan, profesora asistente de investigación, y Leila Kasaei, investigadora postdoctoral asociada del Departamento de Física y Astronomía.

La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos.

Enlace de corrección: https://www.ledinside.com/news/2025/7/2025_07_21_01