Rivoluzione nella luce: il manganese sostituisce le costose terre rare nei LED!

Rivoluzione nella luce: il manganese sostituisce le costose terre rare nei LED!

Quasi tutti gli attuali diodi emettitori di luce (LED) richiedono fosfori a base di terre rare come europio o cerio. Questi materiali non sono solo costosi, ma anche difficili da ottenere, poiché le riserve di materie prime si trovano principalmente in Cina. Un gruppo di ricerca interdisciplinare dell’Università Heinrich Heine di Düsseldorf e dell’Università di Innsbruck ha ora sviluppato un’alternativa promettente: il manganese. Forte l'Università Heinrich Heine di Düsseldorf il manganese consente la produzione di un nuovo ed efficiente fosforo in grado di produrre luce bianca.

Nella rivista *Applied Chemistry* è stato dimostrato che lo ione manganese con doppia carica positiva (Mn2+) è in grado di emettere luce ciano e quindi produrre luce bianca in combinazione con LED a semiconduttore blu. Questo sviluppo potrebbe ridurre significativamente la dipendenza della tecnologia LED dalle terre rare, poiché il manganese è diffuso e facilmente estratto anche nella crosta terrestre. Mercato dei macchinari punti salienti.

I benefici del manganese

Gli ioni manganese non solo sono più comuni degli elementi utilizzati in precedenza, ma offrono anche vantaggi nella flessibilità delle geometrie di coordinazione. Sebbene la luminescenza del Mn2+ rimanga termicamente stabile e possa resistere a temperature elevate fino a 150 °C, anche il suo utilizzo nei LED presenta delle sfide. Uno dei principali svantaggi di Mn2+ è il suo assorbimento inefficiente, che richiede densità di potenza elevate per ottenere una luminosità sufficiente. I ricercatori guidati dal Jun.-Prof. Il Dr. Markus Suta e il Prof. Dr. Hubert Huppertz stanno lavorando per determinare le densità di potenza necessarie per essere competitivi con le tecnologie esistenti.

Una notevole sfida nell'implementazione risiede anche nel colore luminescente. Gli ioni manganese possono emettere colori diversi (verde o rosso) a seconda del numero di atomi di ossigeno circostanti, ad es l'Università di Innsbruck descritti nella loro relazione. Ciò consente un'emissione luminosa modulata, che potrebbe risultare vantaggiosa per diverse applicazioni.

Sintesi e prospettive

Ma l’uso del manganese come fosforo non è l’unico obiettivo della ricerca. Nel 2019 è stata scoperta per la prima volta la sostanza Zn[B2(SO4)4], che può essere lavorata come una “soluzione solida” in combinazione con cloruro di manganese. Questi nuovi approcci dimostrano che il manganese non solo funge da risorsa di partenza alternativa ed economicamente vantaggiosa per i LED, ma guida anche lo sviluppo di materiali innovativi. Tuttavia, per creare LED altamente efficienti, sono necessarie ulteriori ricerche per determinare le proprietà esatte dei fosfori attivati ​​dal manganese.

Nel complesso, la ricerca sul manganese potrebbe rivoluzionare la tecnologia LED e ridurre la dipendenza da materie prime costose e dannose per l’ambiente. I ricercatori si trovano quindi di fronte alla sfida di ottimizzare ulteriormente i risultati e di portare i sottosistemi in una forma commerciabile.