Một nhóm các nhà khoa học do Rutgers dẫn đầu đã phát triển một vật liệu thân thiện với môi trường, rất ổn định, siêu sáng và sử dụng nó để tạo ra ánh sáng xanh đậm (phát xạ ở ~ 450 nm) trong diode phát sáng (LED), một thiết bị tiết kiệm năng lượng ở trung tâm của tất cả các hệ thống chiếu sáng chính.

Các vật liệu phát lai đồng-iodide mới được kỳ vọng sẽ góp phần vào sự tiến bộ của công nghệ LED xanh vì những phẩm chất tuyệt vời của chúng, theo các nhà khoa học đi tiên phong trong khám phá này. Quá trình tạo ra vật liệu được mô tả trên tạp chí khoa học Nature.

"Đèn LED màu xanh đậm là trung tâm của công nghệ chiếu sáng tiết kiệm năng lượng ngày nay", Jing Li, Giáo sư Xuất sắc và Giáo sư Hóa học và Sinh học Hóa học thuộc Khoa Hóa học và Sinh học Hóa học thuộc Trường Nghệ thuật và Khoa học, người đứng đầu nghiên cứu cho biết. "Tuy nhiên, các lựa chọn hiện có thường có vấn đề về độ ổn định, khả năng mở rộng, chi phí, hiệu quả hoặc các mối quan tâm về môi trường do sử dụng các thành phần độc hại. Hỗn hợp đồng-iodide mới này cung cấp một giải pháp hấp dẫn, tận dụng tính không độc hại, mạnh mẽ và hiệu suất cao của nó."

Đèn LED là thiết bị chiếu sáng sử dụng các vật liệu đặc biệt được gọi là chất bán dẫn để biến điện thành ánh sáng một cách hiệu quả và bền bỉ. Đèn LED màu xanh lam được phát hiện vào đầu những năm 1990 và mang lại cho những người khám phá ra chúng giải Nobel vật lý năm 2014.

Đèn LED xanh lam đặc biệt quan trọng vì chúng được sử dụng để tạo ra ánh sáng trắng và rất cần thiết cho các ứng dụng chiếu sáng nói chung.

Li và các đồng nghiệp của cô tại Rutgers đã hợp tác với các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven và bốn nhóm nghiên cứu khác đại diện cho các tổ chức quốc gia và quốc tế trong nỗ lực nghiên cứu các vật liệu mới có thể cải thiện đèn LED xanh hiện có.

Các nhà nghiên cứu tham gia vào nghiên cứu đã tìm ra một cách để làm cho đèn LED xanh hiệu quả và bền vững hơn bằng cách sử dụng một loại vật liệu lai mới: sự kết hợp của đồng iodide với các phân tử hữu cơ.

"Chúng tôi muốn tạo ra loại vật liệu mới cung cấp ánh sáng xanh đậm rất sáng và sử dụng chúng để chế tạo đèn LED với chi phí thấp hơn so với đèn LED xanh hiện tại", Li nói.

Các nhà khoa học cho biết, chất bán dẫn đồng-iodide lai mới mang lại một số lợi thế so với một số vật liệu khác được sử dụng trong đèn LED. Perovskite chì-halogenua, mặc dù tiết kiệm chi phí, nhưng chứa chì, độc hại đối với con người, cũng như có vấn đề về độ ổn định, do nhạy cảm với độ ẩm và oxy. Đèn LED hữu cơ (OLED) rất linh hoạt và có khả năng hiệu quả nhưng có thể thiếu độ ổn định về cấu trúc và quang phổ, có nghĩa là chúng có thể xuống cấp nhanh chóng và giảm chất lượng màu theo thời gian. Các chấm lượng tử dạng keo hoạt động tốt chủ yếu trong đèn LED màu xanh lá cây và năng lượng thấp hơn và thường dựa trên cadmium, điều này có thể làm dấy lên lo ngại về độc tính. Các chất phát hữu cơ lân quang có thể tốn kém và phức tạp để tổng hợp.

"Vật liệu mới cung cấp một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường và ổn định cho những gì hiện có, giải quyết một số vấn đề này và có khả năng thúc đẩy công nghệ LED", Li nói.

Vật liệu đồng-iodide lai sở hữu những phẩm chất thuận lợi như năng suất lượng tử phát quang rất cao khoảng 99,6%, có nghĩa là nó chuyển đổi gần như tất cả quang năng lượng mà nó nhận được thành ánh sáng xanh. Đèn LED màu xanh lam làm từ vật liệu này đã đạt hiệu suất lượng tử bên ngoài tối đa (tỷ lệ giữa số lượng photon phát ra và số electron được phóng) là 12,6%, trong số cao nhất đạt được cho đến nay đối với đèn LED màu xanh đậm được xử lý bằng dung dịch.

Những đèn LED này không chỉ sáng mà còn tồn tại lâu hơn so với nhiều đèn khác. Trong điều kiện bình thường, chúng có thời gian bán rã hoạt động khoảng 204 giờ, có nghĩa là chúng có thể tiếp tục tỏa sáng trong một khoảng thời gian tốt trước khi độ sáng của chúng bắt đầu mờ dần. Ngoài ra, vật liệu hoạt động tốt trong các ứng dụng quy mô lớn hơn. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra thành công một thiết bị lớn hơn duy trì hiệu quả cao, cho thấy vật liệu này có tiềm năng được sử dụng trong các ứng dụng trong thế giới thực.

Bí mật cho hiệu suất ấn tượng của vật liệu nằm ở một kỹ thuật sáng tạo được phát triển bởi các nhà khoa học được gọi là thụ động hóa liên kết hydro bề mặt kép. Kỹ thuật sản xuất tăng đáng kể hiệu suất của đèn LED gấp bốn lần.

"Phương pháp xử lý của chúng tôi giảm thiểu các khuyết tật có thể cản trở chuyển động của điện tích tại giao diện của các vật liệu lai này", Kun Zhu, cựu nghiên cứu sinh và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Rutgers, hiện đang làm việc tại Viện Max Planck ở Đức và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết. "Cách tiếp cận này có thể là một chiến lược linh hoạt để tạo ra đèn LED hiệu suất cao."

Nếu đèn LED có thể được hình dung như một chiếc bánh sandwich với các lớp khác nhau, thì mỗi lớp có một công việc cụ thể, chẳng hạn như phát ra ánh sáng hoặc vận chuyển các electron và lỗ trống. Đôi khi, lớp phát xạ không tương tác hoàn hảo với các lớp giao diện của nó, điều này có thể làm giảm hiệu quả hoặc rút ngắn tuổi thọ. Kỹ thuật này loại bỏ các vấn đề như vậy bằng cách hình thành liên kết hydro giữa các lớp để tạo ra các kết nối tốt hơn.

"Nhìn chung, loại vật liệu mới này đang mở đường cho đèn LED tốt hơn, sáng hơn và bền hơn", Li nói.

Các nhà khoa học khác của Rutgers đóng góp vào nghiên cứu bao gồm Deirdre O'Carroll, phó giáo sư, và Nasir Javed, nghiên cứu sinh, của Khoa Hóa học và Sinh học Hóa học và Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu; và Sylvie Rangan, trợ lý giáo sư nghiên cứu, và Leila Kasaei, cộng tác viên nghiên cứu sau tiến sĩ, của Khoa Vật lý và Thiên văn học.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.

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