Revoliucija šviesoje: manganas pakeičia brangius retųjų žemių elementus šviesos dioduose!

Revoliucija šviesoje: manganas pakeičia brangius retųjų žemių elementus šviesos dioduose!

Beveik visiems dabartiniams šviesos diodams (LED) reikia fosforo, pagaminto iš retųjų žemių elementų, tokių kaip europis arba ceris. Šios medžiagos ne tik brangios, bet ir sunkiai gaunamos, nes žaliavos atsargos daugiausia yra Kinijoje. Diuseldorfo Heinricho Heine universiteto ir Insbruko universiteto tarpdisciplininė tyrimų grupė sukūrė daug žadančią alternatyvą – manganą. Garsiai Diuseldorfo Heinricho Heine universitetas manganas leidžia gaminti naują, efektyvų fosforą, galintį skleisti baltą šviesą.

Žurnale *Applied Chemistry* buvo įrodyta, kad dvigubai teigiamai įkrautas mangano jonas (Mn2+) gali skleisti žydrą šviesą ir kartu su mėlynais puslaidininkiniais šviesos diodais skleisti baltą šviesą. Ši plėtra galėtų žymiai sumažinti LED technologijos priklausomybę nuo retųjų žemių elementų, nes manganas yra plačiai paplitęs ir lengvai išgaunamas žemės plutoje. Mašinų rinka akcentai.

Mangano nauda

Mangano jonai yra ne tik labiau paplitę nei anksčiau naudojami elementai, bet ir suteikia pranašumų koordinacinių geometrijų lankstumui. Nors Mn2+ liuminescencija išlieka termiškai stabili ir gali atlaikyti aukštą iki 150 °C temperatūrą, jo naudojimas šviesos dioduose taip pat kelia iššūkių. Pagrindinis Mn2+ trūkumas yra jo neefektyvi sugertis, dėl kurios reikia didelio galios tankio, kad būtų pasiektas pakankamas ryškumas. Tyrėjai, vadovaujami Jun.-Prof. Dr. Markus Suta ir prof. dr. Hubertas Huppertzas dirba siekdami nustatyti galios tankį, reikalingą, kad būtų galima konkuruoti su esamomis technologijomis.

Pastebimas iššūkis įgyvendinant taip pat yra liuminescencinė spalva. Mangano jonai gali skleisti skirtingas spalvas (žalias arba raudonas), priklausomai nuo aplinkinių deguonies atomų skaičiaus, pvz. Insbruko universitetas aprašyta jų pranešime. Tai leidžia moduliuotą šviesos emisiją, kuri gali būti naudinga įvairioms reikmėms.

Santrauka ir perspektyva

Tačiau mangano kaip fosforo naudojimas nėra vienintelis tyrimų tikslas. 2019 m. pirmą kartą buvo aptikta medžiaga Zn[B2(SO4)4], kuri gali būti apdorojama kaip „kietas tirpalas“ kartu su mangano chloridu. Šie nauji metodai rodo, kad manganas yra ne tik ekonomiškas, alternatyvus šviesos diodų pradinis šaltinis, bet ir skatina naujoviškų medžiagų kūrimą. Tačiau norint sukurti labai efektyvius šviesos diodus, būtina atlikti tolesnius tyrimus, siekiant nustatyti tikslias manganu aktyvintų fosforų savybes.

Apskritai mangano tyrimai gali pakeisti LED technologiją ir sumažinti priklausomybę nuo brangių ir aplinkai kenksmingų žaliavų. Todėl mokslininkai susiduria su iššūkiu toliau optimizuoti rezultatus ir paversti posistemes į rinką.