Revolūcija gaismā: mangāns aizvieto dārgos retzemju metālus gaismas diodēs!

Revolūcija gaismā: mangāns aizvieto dārgos retzemju metālus gaismas diodēs!

Gandrīz visām pašreizējām gaismas diodēm (LED) ir nepieciešami fosfori, kuru pamatā ir retzemju metāli, piemēram, eiropijs vai cērijs. Šie materiāli ir ne tikai dārgi, bet arī grūti iegūstami, jo izejvielu rezerves galvenokārt atrodas Ķīnā. Starpdisciplināra pētījumu grupa no Diseldorfas Heinriha Heines universitātes un Insbrukas universitātes tagad ir izstrādājusi daudzsološu alternatīvu: mangānu. Skaļi Diseldorfas Heinriha Heines universitāte mangāns ļauj ražot jaunu, efektīvu fosforu, kas var radīt baltu gaismu.

Žurnālā *Applied Chemistry* tika pierādīts, ka dubulti pozitīvi lādētais mangāna jons (Mn2+) spēj izstarot ciānzilo gaismu un tādējādi radīt baltu gaismu kombinācijā ar zilām pusvadītāju gaismas diodēm. Šī attīstība varētu ievērojami samazināt LED tehnoloģiju atkarību no retzemju metāliem, jo ​​mangāns ir plaši izplatīts un viegli iegūstams arī Zemes garozā. Mašīnu tirgus izceļ.

Mangāna priekšrocības

Mangāna joni ir ne tikai biežāk sastopami nekā iepriekš izmantotie elementi, bet arī piedāvā priekšrocības koordinācijas ģeometriju elastībā. Lai gan Mn2+ luminiscence saglabājas termiski stabila un var izturēt augstu temperatūru līdz 150 °C, tā izmantošana gaismas diodēs arī rada problēmas. Būtisks Mn2+ trūkums ir tā neefektīvā absorbcija, kas prasa lielu jaudas blīvumu, lai sasniegtu pietiekamu spilgtumu. Pētnieki, kuru vadīja jūnijs-Prof. Dr. Markus Suta un prof. Dr. Huberts Hupercs strādā pie jaudas blīvuma noteikšanas, kas nepieciešams, lai būtu konkurētspējīgs ar esošajām tehnoloģijām.

Ievērojams izaicinājums ieviešanā ir arī luminiscējošā krāsa. Mangāna joni var izdalīt dažādas krāsas (zaļu vai sarkanu) atkarībā no apkārtējo skābekļa atomu skaita, piemēram, Insbrukas Universitāte aprakstīts viņu ziņojumos. Tas nodrošina modulētu gaismas emisiju, kas varētu būt izdevīga dažādiem lietojumiem.

Kopsavilkums un perspektīvas

Taču mangāna kā fosfora izmantošana nav vienīgais pētījumu mērķis. 2019. gadā pirmo reizi tika atklāta viela Zn[B2(SO4)4], ko var apstrādāt kā “cietu šķīdumu” kombinācijā ar mangāna hlorīdu. Šīs jaunās pieejas parāda, ka mangāns ne tikai kalpo kā rentabls, alternatīvs gaismas diožu sākuma resurss, bet arī veicina novatorisku materiālu izstrādi. Tomēr, lai izveidotu ļoti efektīvas gaismas diodes, ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai noteiktu precīzas ar mangānu aktivizēto fosforu īpašības.

Kopumā mangāna pētījumi varētu mainīt LED tehnoloģiju un samazināt atkarību no dārgām un videi kaitīgām izejvielām. Tāpēc pētnieki saskaras ar izaicinājumu turpināt optimizēt rezultātus un nodrošināt apakšsistēmu tirgojamu formu.