LEDs brancos de ponto quântico com alta eficiência luminosa

Postado em 22/07/2018 por Gustavo Petronilo

Estado sólido e materiais, Física dos Materiais

 

Pesquisadores demonstraram diodos emissores de luz branca (LEDs) baseados em nanomateriais que exibem uma eficiência luminosa re

corde de 105 lúmens por watt. A eficiência luminosa é uma medida de quão bem uma fonte de luz usa energ

ia para gerar luz. Com um maior desenvolvimento, os novos LEDs podem atingir eficiências acima de 200 lumens por watt

, tornando-os uma fonte de iluminação promissora e eficiente em termos energéticos para residências, escritórios e televisões.

“Os LEDs eficiente

s têm um forte potencial para economizar energia e proteger o meio ambiente”, disse o líder da pesquisa, Sedat Nizamoglu, da Universidade de Koç, na Turquia. “Substituir fontes de iluminação convencionais por LEDs com uma eficiência de 200 lumens por watt reduziria a eletricidade global consumida pela iluminação em mais da metade. Essa

redução é igual à eletricidade gerada por 230 usinas de carvão típicas de 500 megawatts e reduziria as emissões de gases de efeito estufa”. em 200 milhões de toneladas “.

Os pesquisadores descrevem como criaram os LEDs brancos de alta eficiência no Optica, o periódico da The Optical Society para pesquisa de alto impacto. Os novos LEDs usam LEDs azuis comercialmente disponíveis combinados com lentes flexíveis preenchidas com uma solução de partículas semicondutoras de tamanho nanométrico chamadas de pontos quânticos. A luz do LED azul faz os pontos quânticos emitirem verde e vermelho, o que combina com a emissão azul para criar luz branca.

“Nossos novos LEDs alcançaram um nível de eficiência mais alto do que outros LEDs brancos baseados em pontos quânticos”, disse Nizamoglu. “Os métodos de síntese e fabricação para fazer os pontos quânticos e os novos LEDs são fáceis, baratos e aplicáveis ​​para produção em massa.”

Vantagens dos pontos quânticos

Para criar luz branca com os LEDs atuais, a luz azul e amarela são combinadas adicionando um revestimento amarelo à base de fósforo aos LEDs azuis. Como os fósforos têm um amplo intervalo de emissão, do azul ao vermelho, é difícil ajustar com sensibilidade as propriedades da luz branca gerada.

Ao contrário dos fósforos, os pontos quânticos geram cores puras porque emitem apenas em uma porção estreita do espectro. Essa emissão estreita possibilita a criação de luz branca de alta qualidade com temperaturas de cor e propriedades ópticas precisas, combinando pontos quânticos que geram cores diferentes com um LED azul. Os pontos quânticos também trazem a vantagem de serem fáceis de fazer e a cor de sua emissão pode ser facilmente alterada pelo aumento do tamanho da partícula semicondutora. Além disso, os pontos quânticos podem ser vantajosamente usados ​​para gerar fontes de luz branca quente, como lâmpadas incandescentes ou fontes brancas frias, como lâmpadas fluorescentes típicas, alterando a concentração de pontos quânticos incorporados.

Embora os pontos quânticos embutidos em um filme sejam usados ​​atualmente em televisores de LED, essa abordagem de iluminação não é adequada para uso generalizado em aplicações de iluminação geral. Transferir os pontos quânticos em um líquido permitiu aos pesquisadores superar a problemática queda na eficiência que ocorre quando os nanomateriais são incorporados em polímeros sólidos.

Fazer LEDs brancos eficientes requer pontos quânticos que convertem eficientemente a luz azul em vermelho ou verde. Os pesquisadores realizaram mais de 300 reações de síntese para identificar as melhores condições, como temperatura e tempo de reação, para fazer pontos quânticos que emitem em cores diferentes, exibindo uma eficiência ótima.

“Criar luz branca requer a integração da quantidade apropriada de pontos quânticos e, mesmo que isso seja feito, há um número infinito de combinações azuis, verdes e vermelhas que podem levar ao branco”, disse Nizamoglu. “Desenvolvemos uma simulação com base em uma abordagem teórica que relatamos recentemente e a usamos para determinar as quantidades apropriadas e as melhores combinações de cores de pontos quânticos para geração eficiente de luz branca.”

Para fazer os novos LEDs, os pesquisadores preencheram o espaço entre uma lente de polímero e um chip de LED com uma solução de pontos quânticos que foram sintetizados pela mistura de cádmio, selênio, zinco e enxofre em altas temperaturas. Os pesquisadores usaram um tipo de silicone para fazer a lente porque sua elasticidade permitia que eles injetassem soluções na lente sem vazamento de qualquer solução, e a transparência do material permitia a transmissão de luz necessária.

Os pesquisadores mostraram que seus LEDs brancos à base de líquido poderiam alcançar uma eficiência duas vezes maior que os LEDs que incorporam pontos quânticos em filmes sólidos. Eles também demonstraram seus LEDs brancos usando-os para iluminar uma tela de 7 polegadas.

“Os pontos quânticos são uma grande promessa para aplicações de iluminação eficientes”, disse Nizamoglu. “Ainda há espaço significativo para o desenvolvimento de tecnologia que geraria abordagens mais eficientes para a iluminação”.

Como próximo passo, os pesquisadores estão trabalhando para aumentar a eficiência dos LEDs e querem alcançar altos níveis de eficiência usando materiais ecologicamente corretos que não contêm chumbo e cádmio. Eles também planejam estudar os LEDs líquidos sob diferentes condições para garantir que sejam estáveis ​​para aplicação a longo prazo.

Fonte: Quantum dot white LEDs achieve record efficiency

Referência: Quantum dot white LEDs with high luminous efficiency

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