Pasukan saintis yang diketuai Rutgers telah membangunkan bahan mesra alam, sangat stabil, ultra terang dan menggunakannya untuk menjana cahaya biru dalam (pelepasan pada ~450 nm) dalam diod pemancar cahaya (LED), peranti cekap tenaga di tengah-tengah semua sistem pencahayaan utama.

Bahan pemancar hibrid tembaga-iodida baharu dijangka menyumbang kepada kemajuan teknologi LED biru kerana kualitinya yang sangat baik, menurut saintis yang mempelopori penemuan itu. Proses yang menghasilkan bahan diterangkan dalam jurnal sains Nature.

"LED biru tua berada di tengah-tengah teknologi pencahayaan cekap tenaga hari ini," kata Jing Li, Profesor Terhormat dan Profesor Lembaga Gabenor Kimia dan Biologi Kimia di Jabatan Kimia dan Biologi Kimia di Sekolah Sastera dan Sains yang mengetuai kajian itu. "Walau bagaimanapun, pilihan sedia ada sering menimbulkan masalah dengan kestabilan, kebolehskalaan, kos, kecekapan atau kebimbangan alam sekitar disebabkan oleh penggunaan komponen toksik. Hibrid kuprum-iodida baharu ini menawarkan penyelesaian yang menarik, memanfaatkan bukan ketoksikan, keteguhan dan prestasi tingginya."

LED ialah peranti pencahayaan yang menggunakan bahan khas yang dipanggil semikonduktor untuk menukar elektrik kepada cahaya dengan cara yang cekap dan tahan lama. LED biru ditemui pada awal 1990-an dan memperoleh penemu mereka Hadiah Nobel 2014 dalam fizik.

LED biru amat penting kerana ia digunakan untuk mencipta cahaya putih dan penting untuk aplikasi pencahayaan umum.

Li dan rakan-rakannya di Rutgers bekerjasama dengan saintis di Makmal Kebangsaan Brookhaven dan empat pasukan penyelidik lain yang mewakili institusi kebangsaan dan antarabangsa dalam usaha untuk mengusahakan bahan baharu yang akan menambah baik LED biru sedia ada.

Para penyelidik yang terlibat dalam kajian itu menemui cara untuk menjadikan LED biru lebih cekap dan mampan dengan menggunakan jenis bahan hibrid baharu: gabungan iodida kuprum dengan molekul organik.

"Kami mahu mencipta jenis bahan baharu yang memberikan cahaya biru tua yang sangat terang dan menggunakannya untuk membuat LED pada kos yang lebih rendah daripada LED biru semasa," kata Li.

Semikonduktor kuprum-iodida hibrid baharu menawarkan beberapa kelebihan berbanding beberapa bahan lain yang digunakan dalam LED, kata saintis. Perovsit plumbum-halida, walaupun kos efektif, mengandungi plumbum, yang toksik kepada manusia, serta mempunyai masalah kestabilan, kerana kepekaan mereka terhadap kelembapan dan oksigen. LED organik (OLED) adalah fleksibel dan berpotensi cekap tetapi mungkin tidak mempunyai kestabilan struktur dan spektrum, bermakna ia boleh merosot dengan cepat dan kehilangan kualiti warnanya dari semasa ke semasa. Titik kuantum koloid berfungsi dengan baik terutamanya dalam LED hijau dan tenaga rendah dan selalunya berasaskan kadmium, yang boleh menimbulkan kebimbangan ketoksikan. Pemancar organik berpendar mungkin mahal dan kompleks untuk disintesis.

"Bahan baharu itu menyediakan alternatif mesra alam dan stabil kepada apa yang ada pada masa ini, menangani beberapa isu ini dan berpotensi memajukan teknologi LED," kata Li.

Bahan kuprum-iodida hibrid mempunyai kualiti yang menggalakkan seperti hasil kuantum fotoluminescence yang sangat tinggi kira-kira 99.6%, bermakna ia menukar hampir semua fototenaga yang diterimanya kepada cahaya biru. LED biru yang diperbuat daripada bahan ini telah mencapai kecekapan kuantum luaran maksimum (nisbah antara bilangan foton yang dipancarkan dan bilangan elektron yang disuntik) sebanyak 12.6%, antara yang tertinggi dicapai setakat ini untuk LED biru tua yang diproses larutan.

LED ini bukan sahaja terang, ia juga bertahan lebih lama berbanding dengan yang lain. Dalam keadaan biasa, mereka mempunyai separuh hayat operasi kira-kira 204 jam, bermakna mereka boleh terus bersinar untuk jangka masa yang baik sebelum kecerahannya mula pudar. Di samping itu, bahan ini berfungsi dengan baik dalam aplikasi berskala besar. Para penyelidik berjaya mencipta peranti yang lebih besar yang mengekalkan kecekapan tinggi, menunjukkan bahawa bahan ini berpotensi untuk digunakan dalam aplikasi dunia sebenar.

Rahsia prestasi bahan yang mengagumkan terletak pada teknik inovatif yang dibangunkan oleh saintis yang dipanggil pasivasi ikatan hidrogen dwi antara muka. Teknik pembuatan meningkatkan prestasi LED empat kali ganda dengan ketara.

"Kaedah pemprosesan kami meminimumkan kecacatan yang boleh menghalang pergerakan cas elektrik pada antara muka bahan hibrid ini," kata Kun Zhu, bekas pelajar siswazah dan rakan pasca doktoral di Rutgers yang kini berada di Institut Max Planck di Jerman dan merupakan pengarang pertama kertas itu. "Pendekatan ini boleh menjadi strategi serba boleh untuk menjana LED berprestasi tinggi."

Jika LED boleh dibayangkan sebagai sandwic dengan lapisan yang berbeza, setiap lapisan mempunyai tugas tertentu, seperti memancarkan cahaya atau mengangkut elektron dan lubang. Kadangkala, lapisan emisi tidak berinteraksi dengan sempurna dengan lapisan antara mukanya, yang boleh mengurangkan kecekapan atau memendekkan jangka hayat. Teknik ini menghapuskan masalah sedemikian dengan membentuk ikatan hidrogen antara lapisan untuk mewujudkan sambungan yang lebih baik.

"Secara keseluruhan, jenis bahan baharu ini membuka jalan untuk LED yang lebih baik, lebih terang dan tahan lama," kata Li.

Saintis Rutgers lain yang menyumbang kepada kajian itu termasuk Deirdre O'Carroll, profesor bersekutu, dan Nasir Javed, pelajar kedoktoran, Jabatan Kimia dan Biologi Kimia dan Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan; dan Sylvie Rangan, penolong profesor penyelidikan, dan Leila Kasaei, rakan penyelidik pasca doktoral, dari Jabatan Fizik dan Astronomi.

Penyelidikan itu dibiayai oleh Jabatan Tenaga AS.

Pautan cource:https://www.ledinside.com/news/2025/7/2025_07_21_01