ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นําโดย Rutgers ได้พัฒนาวัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เสถียรมาก และสว่างเป็นพิเศษ และใช้เพื่อสร้างแสงสีน้ําเงินเข้ม (การปล่อยที่ ~450 นาโนเมตร) ในไดโอดเปล่งแสง (LED) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ประหยัดพลังงานที่เป็นหัวใจสําคัญของระบบแสงสว่างหลักทั้งหมด

วัสดุตัวปล่อยไฮบริดทองแดงไอโอไดด์ใหม่คาดว่าจะมีส่วนช่วยในความก้าวหน้าของเทคโนโลยี LED สีน้ําเงินเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมตามที่นักวิทยาศาสตร์ผู้บุกเบิกการค้นพบกล่าว กระบวนการผลิตวัสดุได้อธิบายไว้ในวารสารวิทยาศาสตร์ Nature

"ไฟ LED สีน้ําเงินเข้มเป็นหัวใจสําคัญของเทคโนโลยีแสงสว่างที่ประหยัดพลังงานในปัจจุบัน" Jing Li ศาสตราจารย์ผู้ทรงคุณวุฒิและศาสตราจารย์ด้านเคมีและชีววิทยาเคมีในภาควิชาเคมีและชีววิทยาเคมีในคณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นผู้นําการศึกษากล่าว "อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกที่มีอยู่มักมีปัญหาเกี่ยวกับความเสถียร ความสามารถในการปรับขนาด ต้นทุน ประสิทธิภาพ หรือความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมอันเนื่องมาจากการใช้ส่วนประกอบที่เป็นพิษ ลูกผสมทองแดง-ไอโอไดด์ใหม่นี้นําเสนอโซลูชันที่น่าสนใจ โดยใช้ประโยชน์จากความปลอดสารพิษ ความทนทาน และประสิทธิภาพสูง"

LED เป็นอุปกรณ์ให้แสงสว่างที่ใช้วัสดุพิเศษที่เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์เพื่อเปลี่ยนไฟฟ้าให้เป็นแสงอย่างมีประสิทธิภาพและทนทาน LED สีน้ําเงินถูกค้นพบในช่วงต้นทศวรรษ 1990 และทําให้ผู้ค้นพบได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจําปี 2014

ไฟ LED สีน้ําเงินมีความสําคัญอย่างยิ่งเนื่องจากใช้เพื่อสร้างแสงสีขาวและจําเป็นสําหรับการใช้งานแสงสว่างทั่วไป

Li และเพื่อนร่วมงานของเธอที่ Rutgers ร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven และทีมวิจัยอีกสี่ทีมที่เป็นตัวแทนของสถาบันระดับชาติและระดับนานาชาติในความพยายามที่จะทํางานเกี่ยวกับวัสดุใหม่ที่จะปรับปรุง LED สีน้ําเงินที่มีอยู่

นักวิจัยที่เกี่ยวข้องในการศึกษาพบวิธีทําให้ LED สีน้ําเงินมีประสิทธิภาพและยั่งยืนมากขึ้นโดยใช้วัสดุไฮบริดชนิดใหม่: การผสมผสานระหว่างคอปเปอร์ไอโอไดด์กับโมเลกุลอินทรีย์

"เราต้องการสร้างวัสดุชนิดใหม่ที่ให้แสงสีน้ําเงินเข้มที่สว่างมาก และใช้เพื่อประดิษฐ์ LED ด้วยต้นทุนที่ต่ํากว่า LED สีน้ําเงินในปัจจุบัน" Li กล่าว

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเซมิคอนดักเตอร์ทองแดงไอโอไดด์แบบไฮบริดใหม่มีข้อดีหลายประการเหนือวัสดุอื่นๆ ที่ใช้ใน LED เพอรอฟสไกต์ตะกั่วฮาไลด์แม้ว่าจะคุ้มค่า แต่ก็มีตะกั่วซึ่งเป็นพิษต่อมนุษย์ รวมทั้งมีปัญหาเรื่องความเสถียร เนื่องจากความไวต่อความชื้นและออกซิเจน LED ออร์แกนิก (OLED) มีความยืดหยุ่นและมีประสิทธิภาพ แต่อาจขาดความเสถียรของโครงสร้างและสเปกตรัม ซึ่งหมายความว่าสามารถเสื่อมสภาพได้อย่างรวดเร็วและสูญเสียคุณภาพสีเมื่อเวลาผ่านไป จุดควอนตัมคอลลอยด์ทํางานได้ดีเป็นหลักใน LED สีเขียวและพลังงานต่ํา และมักใช้แคดเมียม ซึ่งอาจทําให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับความเป็นพิษ ตัวปล่อยอินทรีย์เรืองแสงอาจมีราคาแพงและซับซ้อนในการสังเคราะห์

"วัสดุใหม่นี้เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมั่นคงสําหรับสิ่งที่มีอยู่ในปัจจุบัน โดยจัดการกับปัญหาเหล่านี้บางส่วน และอาจพัฒนาเทคโนโลยี LED ให้ก้าวหน้า" Li กล่าว

วัสดุทองแดงไอโอไดด์แบบไฮบริดมีคุณสมบัติที่ดี เช่น ผลผลิตควอนตัมโฟโตลูมิเนสเซนซ์ที่สูงมากประมาณ 99.6% ซึ่งหมายความว่าจะแปลงพลังงานแสงเกือบทั้งหมดที่ได้รับเป็นแสงสีน้ําเงิน ไฟ LED สีน้ําเงินที่ทําจากวัสดุนี้มีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกสูงสุด (อัตราส่วนระหว่างจํานวนโฟตอนที่ปล่อยออกมาและจํานวนอิเล็กตรอนที่ฉีดเข้าไป) ที่ 12.6% ซึ่งสูงที่สุดเท่าที่เคยทําได้สําหรับ LED สีน้ําเงินเข้มที่ผ่านการประมวลผลด้วยสารละลาย

ไฟ LED เหล่านี้ไม่เพียงแต่สว่างเท่านั้น แต่ยังมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเมื่อเทียบกับไฟอื่นๆ อีกด้วย ภายใต้สภาวะปกติ พวกมันมีครึ่งชีวิตในการทํางานประมาณ 204 ชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถส่องแสงได้เป็นระยะเวลานานก่อนที่ความสว่างจะเริ่มจางลง นอกจากนี้ วัสดุยังทํางานได้ดีในการใช้งานขนาดใหญ่ นักวิจัยประสบความสําเร็จในการสร้างอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่รักษาประสิทธิภาพสูง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้มีศักยภาพที่จะนําไปใช้ในการใช้งานจริง

ความลับของประสิทธิภาพที่น่าประทับใจของวัสดุนี้อยู่ในเทคนิคที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่าการทู่พันธะไฮโดรเจนแบบคู่ เทคนิคการผลิตช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ LED ได้สี่เท่า

"วิธีการประมวลผลของเราช่วยลดข้อบกพร่องที่อาจขัดขวางการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานของวัสดุไฮบริดเหล่านี้" Kun Zhu อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและผู้ร่วมงานหลังปริญญาเอกที่ Rutgers ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่สถาบัน Max Planck ในเยอรมนีและเป็นผู้เขียนคนแรกของบทความกล่าว "แนวทางนี้อาจเป็นกลยุทธ์ที่หลากหลายสําหรับการสร้าง LED ประสิทธิภาพสูง"

หากสามารถจินตนาการได้ว่า LED เป็นแซนวิชที่มีชั้นต่างกันแต่ละชั้นมีงานเฉพาะเช่นการเปล่งแสงหรือการขนส่งอิเล็กตรอนและรู บางครั้ง เลเยอร์การแผ่รังสีไม่ได้โต้ตอบกับเลเยอร์อินเทอร์เฟซอย่างสมบูรณ์แบบ ซึ่งอาจลดประสิทธิภาพหรือลดอายุการใช้งาน เทคนิคนี้ช่วยขจัดปัญหาดังกล่าวโดยการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างชั้นเพื่อสร้างการเชื่อมต่อที่ดีขึ้น

"โดยรวมแล้ว วัสดุใหม่ประเภทนี้กําลังปูทางไปสู่ LED ที่ดีขึ้นสว่างขึ้น และใช้งานได้ยาวนานขึ้น" Li กล่าว

นักวิทยาศาสตร์ Rutgers คนอื่นๆ ที่มีส่วนร่วมในการศึกษา ได้แก่ Deirdre O'Carroll รองศาสตราจารย์ และ Nasir Javed นักศึกษาปริญญาเอกของภาควิชาเคมีและชีววิทยาเคมีและภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ และ Sylvie Rangan ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านการวิจัย และ Leila Kasaei ผู้ช่วยวิจัยหลังปริญญาเอกของภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์

การวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ

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