ثورة في الضوء: المنغنيز يحل محل العناصر الأرضية النادرة باهظة الثمن في مصابيح LED!

ثورة في الضوء: المنغنيز يحل محل العناصر الأرضية النادرة باهظة الثمن في مصابيح LED!

تتطلب جميع الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) الحالية تقريبًا فوسفورات تعتمد على العناصر الأرضية النادرة مثل اليوروبيوم أو السيريوم. وهذه المواد ليست باهظة الثمن فحسب، بل يصعب الحصول عليها أيضًا، حيث أن احتياطيات المواد الخام تقع بشكل رئيسي في الصين. قام فريق بحث متعدد التخصصات من جامعة هاينريش هاينه دوسلدورف وجامعة إنسبروك بتطوير بديل واعد: المنغنيز. عالي جامعة هاينريش هاينه دوسلدورف يتيح المنغنيز إنتاج فوسفور جديد وفعال يمكنه إنتاج الضوء الأبيض.

في مجلة *الكيمياء التطبيقية* ثبت أن أيون المنغنيز موجب الشحنة بشكل مضاعف (Mn2+) قادر على انبعاث ضوء سماوي وبالتالي إنتاج ضوء أبيض مع مصابيح LED زرقاء شبه موصلة. يمكن أن يؤدي هذا التطور إلى تقليل اعتماد تقنية LED على العناصر الأرضية النادرة بشكل كبير، حيث ينتشر المنغنيز على نطاق واسع ويمكن استخراجه بسهولة من القشرة الأرضية أيضًا. سوق الآلات يسلط الضوء.

فوائد المنغنيز

أيونات المنغنيز ليست فقط أكثر شيوعًا من العناصر المستخدمة سابقًا، ولكنها توفر أيضًا مزايا في مرونة الأشكال الهندسية التنسيقية. في حين أن تألق Mn2+ يظل مستقرًا حراريًا ويمكنه تحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 150 درجة مئوية، فإن استخدامه في مصابيح LED يمثل أيضًا تحديات. العيب الرئيسي لـ Mn2+ هو امتصاصه غير الفعال، الأمر الذي يتطلب كثافة طاقة عالية لتحقيق سطوع كافٍ. الباحثون بقيادة جون البروفيسور. يعمل الدكتور ماركوس سوتا والأستاذ الدكتور هيوبرت هوبرتز على تحديد كثافات الطاقة المطلوبة لتكون قادرة على المنافسة مع التقنيات الحالية.

يكمن التحدي الملحوظ في التنفيذ أيضًا في اللون المضيء. يمكن لأيونات المنغنيز أن تبعث ألوانًا مختلفة (أخضر أو ​​أحمر) اعتمادًا على عدد ذرات الأكسجين المحيطة، مثل جامعة إنسبروك الموصوفة في تقاريرهم. وهذا يسمح بانبعاث الضوء المعدل، والذي يمكن أن يكون مفيدًا لمختلف التطبيقات.

ملخص والتوقعات

لكن استخدام المنغنيز كفوسفور ليس هو محور البحث الوحيد. وتم اكتشاف مادة Zn[B2(SO4)4] لأول مرة في عام 2019، والتي يمكن معالجتها على أنها "محلول صلب" بالاشتراك مع كلوريد المنغنيز. تظهر هذه الأساليب الجديدة أن المنغنيز لا يعمل فقط كمصدر بديل فعال من حيث التكلفة لمصابيح LED، ولكنه يدفع أيضًا إلى تطوير مواد مبتكرة. ومع ذلك، لإنشاء مصابيح LED عالية الكفاءة، من الضروري إجراء مزيد من الأبحاث لتحديد الخصائص الدقيقة للفوسفور المنشط بالمنجنيز.

بشكل عام، يمكن للبحث في المنغنيز أن يحدث ثورة في تكنولوجيا LED ويقلل الاعتماد على المواد الخام باهظة الثمن والضارة بالبيئة. لذلك يواجه الباحثون التحدي المتمثل في تحسين النتائج بشكل أكبر وجلب الأنظمة الفرعية إلى شكل قابل للتسويق.