Dieser technologische Durchbruch könnte alles verändern.

Eine Leuchtdiode (LED) ist eine Lichtquelle, die Licht aussendet, wenn ein elektrischer Strom an sie angelegt wird.

Die LED-Technologie ist aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken, von riesigen Fernsehbildschirmen bis hin zu alltäglichen Glühbirnen. Auch neuere Technologien wie OLED und QLED sind den Nutzern bestens vertraut.

Barrieren abbauen

Im Vergleich zu Glühlampen und Kompaktleuchtstofflampen gleicher Helligkeit verbraucht eine LED-Lampe nur 1/10 bzw. 1/2 des Stroms und hat eine um ein Vielfaches längere Lebensdauer.

Trotz seiner weitverbreiteten Verwendung weist dieses Material einen entscheidenden Nachteil auf: Es ist nicht leitfähig. Neue Forschungsergebnisse des Cavendish-Laboratoriums der Universität Cambridge haben dies jedoch geändert.

Konkret haben Wissenschaftler einen Weg gefunden, diese isolierenden Partikel dazu zu bringen, Strom zu leiten und Licht auszusenden, womit ein neues Kapitel für die optoelektronische Technologie aufgeschlagen wird.

Im Mittelpunkt dieser Entdeckung stehen isolierende Lanthanid-Nanopartikel (LnNPs). Diese Partikel enthalten Seltenerdelemente wie Neodym und Ytterbium. Ihre bemerkenswerte Eigenschaft ist die Fähigkeit, bei Anregung extrem helles Licht auszusenden.

Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, LEDs zum Leiten von Strom und zum Aussenden von Licht zu bringen und damit ein neues Kapitel für die optoelektronische Technologie aufzuschlagen. Foto: Camila Prieto.

Sie sind jedoch Isolatoren. Bisher war es Wissenschaftlern nicht gelungen, sie elektrisch leitfähig zu machen. Frühere Versuche erforderten extrem hohe Temperaturen oder extrem hohe Spannungen, um die elektrische Ladung mit den Lanthanidionen im Inneren in Kontakt zu bringen.

Aufgrund dieser Einschränkung hatten LnNPs bisher nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten, hauptsächlich in der Tiefengewebebildgebung, die nicht auf elektrischer Energie beruht.

Um diese isolierende „Mauer“ zu überwinden, wählte das Forschungsteam in Cambridge einen anderen Ansatz. Anstatt zu versuchen, sie mit Hitze oder Druck zu durchdringen, entschieden sie sich für einen subtileren Ansatz: die Hybridisierung.

Konkret verwendeten die Wissenschaftler einen organischen Farbstoff namens 9-ACA. Diese Farbstoffmoleküle wurden verwendet, um die Isolierschicht auf der Oberfläche der LnNPs zu ersetzen.

Durch den Austausch dieser äußeren Schicht wird eine spezielle Ladetechnik ermöglicht. Wissenschaftler injizieren Elektronen in diese neue organische Schicht. Dabei entstehen Exzitonen – angeregte Elektronenzustände. Von dort wird Energie auf die Lanthanidionen im Inneren übertragen, wodurch diese zu leuchten beginnen.

Diese Studie weist auch darauf hin, dass die größte Hürde in früheren Experimenten die Energielücke der LnNPs war.

Durch den Austausch der Isolierschicht gegen ein organisches Material hat das Forschungsteam der Universität Cambridge diese Lücke geschlossen und ermöglicht es, Lumineszenz effizient durch elektrische Energie auszulösen.

Ein bedeutender Durchbruch für die Zukunft der biomedizinischen Technologie.

Die Ergebnisse dieses Hybridisierungsprozesses sind wirklich beeindruckend. Die neuen LEDs (auch bekannt als LnLEDs) erzeugen Nahinfrarotlicht (NIR) von nahezu perfekter Reinheit.

Tatsächlich übertraf diese Hybrid-LED in Tests die meisten auf dem Markt erhältlichen organischen NIR-LEDs. Darüber hinaus zeichnete sie sich sowohl durch spektrale Schmalbandigkeit (Farbreinheit) als auch durch Energieeffizienz aus.

Diese Entdeckung geht über bloße Labortheorie hinaus und eröffnet unzählige praktische Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere auf den Gebieten der Medizin und der biomedizinischen Technologie.

Um ins Innere des Körpers zu blicken, müssen Ärzte derzeit häufig Röntgenstrahlen oder MRT-Untersuchungen durchführen. Andere optische Verfahren, die sichtbares Licht nutzen, werden von Haut und Blut abgeschirmt.

Unterdessen fällt NIR-Licht in den "biologischen Bereich", da es Haut und Weichgewebe leichter durchdringen kann als normales Licht.

Neue LED-Technologie erzeugt Nahinfrarotlicht (NIR) von nahezu perfekter Reinheit. Dies eröffnet neue Wege in der Medizin, da tief liegende innere Organe oder Blutgefäße präzise mithilfe von Hautpflastern mit LnLEDs überwacht werden können. Foto: Präparat.

Allerdings neigen die derzeitigen organischen Leuchtstoffe oft schon nach kurzer Belichtungszeit zum Ausbluten, was eine Langzeitüberwachung erschwert.

Dank der Stabilität der Seltenerdelemente verspricht die LnLED-Technologie, dieses Problem vollständig zu überwinden und die Herstellung von farbbeständigen medizinischen Bildgebungsgeräten zu ermöglichen, die eine klarere Beobachtung von Körpergewebe als je zuvor erlauben.

Mithilfe von Hautpflastern mit LEDs können Ärzte den Zustand innerer Organe oder tief unter der Haut liegender Blutgefäße über Tage hinweg kontinuierlich überwachen, ohne invasive Eingriffe vornehmen zu müssen.

Die Kombination organischer und anorganischer Materialien ermöglicht zudem die Herstellung flexiblerer und langlebigerer Bauteile. Noch wichtiger ist laut Aussage des Forschungsteams, dass sich diese Methode problemlos auf andere Arten von Isoliermaterialien übertragen lässt und somit den Weg für eine Reihe neuer Experimente und Erfindungen ebnet.

Quelle: https://znews.vn/dot-pha-cong-nghe-nay-co-the-thay-doi-moi-thu-post1616610.html