Een door Rutgers geleid team van wetenschappers heeft een milieuvriendelijk, zeer stabiel, ultrahelder materiaal ontwikkeld en gebruikt om diepblauw licht (emissie bij ~450 nm) te genereren in een lichtgevende diode (LED), een energiezuinig apparaat dat centraal staat in alle grote verlichtingssystemen.

De nieuwe koper-jodide hybride emittermaterialen zullen naar verwachting bijdragen aan de vooruitgang van blauwe LED-technologieën vanwege hun uitstekende eigenschappen, aldus de wetenschappers die de ontdekking hebben geïntroduceerd. Het proces dat het materiaal produceert wordt beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.

"Diepblauwe LED's vormen de kern van de energiezuinige verlichtingstechnologieën van vandaag," zei Jing Li, Distinguished Professor en Board of Governors Professor in Scheikunde en Chemische Biologie aan de afdeling Chemie en Chemische Biologie van de School of Arts and Sciences die het onderzoek leidt. "Bestaande opties brengen echter vaak problemen met zich mee op het gebied van stabiliteit, schaalbaarheid, kosten, efficiëntie of milieuproblemen door het gebruik van giftige componenten. Deze nieuwe koper-jodide hybride biedt een overtuigende oplossing, waarbij gebruik wordt gemaakt van zijn niet-toxiciteit, robuustheid en hoge prestaties."

LED's zijn verlichtingsapparaten die speciale materialen gebruiken, halfgeleiders genoemd, om elektriciteit op een efficiënte en duurzame manier om te zetten in licht. Blauwe LED's werden begin jaren negentig ontdekt en leverden hun ontdekkers de Nobelprijs voor de natuurkunde in 2014 op.

Blauwe LED's zijn bijzonder belangrijk omdat ze worden gebruikt om wit licht te creëren en essentieel zijn voor algemene verlichtingstoepassingen.

Li en haar collega's aan Rutgers werkten samen met wetenschappers van het Brookhaven National Laboratory en vier andere onderzoeksteams die nationale en internationale instellingen vertegenwoordigden, in de poging om nieuwe materialen te ontwikkelen die bestaande blauwe LED's zouden verbeteren.

De onderzoekers die bij de studie betrokken waren, vonden een manier om blauwe LED's efficiënter en duurzamer te maken door gebruik te maken van een nieuw type hybride materiaal: een combinatie van koperjodide met organische moleculen.

"We wilden nieuwe materialen creëren die zeer fel diepblauw licht geven en die gebruiken om LED's te vervaardigen tegen lagere kosten dan huidige blauwe LED's," zei Li.

De nieuwe hybride koper-jodide halfgeleider biedt volgens wetenschappers een aantal voordelen ten opzichte van sommige andere materialen die in LED's worden gebruikt. Lood-halide perovskieten zijn weliswaar kosteneffectief, maar bevatten lood, dat giftig is voor mensen, en hebben ook stabiliteitsproblemen vanwege hun gevoeligheid voor vocht en zuurstof. Organische LED's (OLED's) zijn flexibel en potentieel efficiënt, maar missen mogelijk structurele en spectrale stabiliteit, wat betekent dat ze snel kunnen afbreken en na verloop van tijd hun kleurkwaliteit kunnen verliezen. Colloïdale quantum dots presteren vooral goed in groene en lichte LED's met lagere energie en zijn vaak op cadmiumbasis, wat zorgen over toxiciteit kan oproepen. Fosforescerende organische emitters kunnen kostbaar en complex zijn om te synthetiseren.

"Het nieuwe materiaal biedt een milieuvriendelijk en stabiel alternatief voor wat er nu al is, waarbij het enkele van deze problemen aanpakt en mogelijk LED-technologie vooruit helpt," zei Li.

Het hybride koper-jodide materiaal heeft gunstige eigenschappen, zoals een zeer hoge fotoluminescentie-kwantumopbrengst van ongeveer 99,6%, wat betekent dat het bijna alle foto-energie die het ontvangt omzet in blauw licht. Blauwe LED's gemaakt van dit materiaal hebben een maximale externe kwantumefficiëntie bereikt (de verhouding tussen het aantal uitgezonden fotonen en het aantal geïnjecteerde elektronen) van 12,6%, tot de hoogste tot nu toe behaalde voor oplossingsbewerkte diepblauwe LED's.

Deze LED's zijn niet alleen helder, ze gaan ook langer mee dan veel andere. Onder normale omstandigheden hebben ze een operationele halveringstijd van ongeveer 204 uur, wat betekent dat ze nog een geruime tijd kunnen blijven schijnen voordat hun helderheid begint af te nemen. Daarnaast werkt het materiaal goed in toepassingen op grotere schaal. De onderzoekers zijn erin geslaagd een groter apparaat te creëren dat een hoge efficiëntie handhaaft, wat aantoont dat dit materiaal potentie heeft om in praktijkpraktijken te worden gebruikt.

Het geheim van de indrukwekkende prestaties van het materiaal ligt in een innovatieve techniek ontwikkeld door de wetenschappers, genaamd duale interfaciale waterstofbindingspassivatie. De productietechniek verhoogt de prestaties van de LEDs aanzienlijk in vier voeten.

"Onze verwerkingsmethode minimaliseert defecten die de beweging van elektrische ladingen aan het grensvlak van deze hybride materialen kunnen belemmeren," zei Kun Zhu, een voormalig promovendus en postdoctoraal medewerker aan Rutgers die nu werkzaam is aan het Max Planck Instituut in Duitsland en de eerste auteur van het artikel is. "Deze aanpak zou een veelzijdige strategie kunnen zijn om high-performance LED's te genereren."

Als je de LED kunt voorstellen als een sandwich met verschillende lagen, heeft elke laag een specifieke taak, zoals het uitzenden van licht of het transporteren van elektronen en gaten. Soms werkt de emissieve laag niet perfect samen met zijn interfacelagen, wat de efficiëntie kan verminderen of de levensduur kan verkorten. De techniek elimineert dergelijke problemen door waterstofbruggen tussen de lagen te vormen om betere verbindingen te creëren.

"Al met al effent dit type nieuw materiaal de weg voor betere, helderdere en langer meegaande LED's," zei Li.

Andere Rutgers-wetenschappers die aan het onderzoek bijdroegen waren onder meer Deirdre O'Carroll, universitair hoofddocent, en Nasir Javed, promovendus, van de afdeling Chemie en Chemische Biologie en de afdeling Materiaalkunde en Materiaalkunde; en Sylvie Rangan, assistent-onderzoeksprofessor, en Leila Kasaei, postdoctoraal onderzoeksmedewerker van de afdeling Natuurkunde en Astronomie.

Het onderzoek werd gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie.

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