Αυτή η τεχνολογική ανακάλυψη θα μπορούσε να αλλάξει τα πάντα.

Ανακαλύψεις σχετικά με τον τρόπο μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος μέσω σωματιδίων υλικών που προηγουμένως θεωρούνταν πλήρως «μονωτικά» υπόσχονται να επαναπροσδιορίσουν πλήρως την τεχνολογία LED και να ανοίξουν νέους ορίζοντες σε πρωτοφανείς εφαρμογές στη βιοϊατρική.

Μια δίοδος εκπομπής φωτός (LED) είναι μια πηγή φωτός που εκπέμπει φως όταν εφαρμόζεται σε αυτήν ηλεκτρικό ρεύμα.

Η τεχνολογία LED έχει γίνει αναπόσπαστο κομμάτι της σύγχρονης ζωής, από τις γιγάντιες τηλεοράσεις μέχρι τις καθημερινές λάμπες. Οι χρήστες είναι ακόμη εξοικειωμένοι με νεότερες τεχνολογίες όπως η OLED και η QLED.

Καταρρίπτοντας τα εμπόδια

Σε σύγκριση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως και τους συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού με την ίδια φωτεινότητα, ένας λαμπτήρας LED καταναλώνει μόνο το 1/10 και το 1/2 της ηλεκτρικής ενέργειας, αντίστοιχα, και έχει διάρκεια ζωής πολλές φορές μεγαλύτερη.

Παρά την ευρεία χρήση του, αυτό το συγκεκριμένο υλικό έχει ένα μοιραίο ελάττωμα: δεν επιτρέπει τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από αυτό. Ωστόσο, νέα έρευνα από το Εργαστήριο Cavendish στο Πανεπιστήμιο του Cambridge τα άλλαξε όλα αυτά.

Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες βρήκαν έναν τρόπο να αναγκάσουν αυτά τα μονωτικά σωματίδια να άγουν ηλεκτρισμό και να εκπέμπουν φως, ανοίγοντας ένα νέο κεφάλαιο για την οπτοηλεκτρονική τεχνολογία.

Το επίκεντρο αυτής της ανακάλυψης είναι τα μονωτικά νανοσωματίδια λανθανιδών (LnNPs). Αυτά τα σωματίδια περιέχουν στοιχεία σπάνιων γαιών όπως νεοδύμιο και υττερβίο. Το αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό τους είναι η ικανότητά τους να εκπέμπουν εξαιρετικά έντονο φως όταν υποβάλλονται σε διέγερση.

Οι επιστήμονες βρήκαν έναν τρόπο να αναγκάσουν τα LED να άγουν τον ηλεκτρισμό και να εκπέμπουν φως, ανοίγοντας ένα νέο κεφάλαιο για την οπτοηλεκτρονική τεχνολογία. Φωτογραφία: Camila Prieto.

Ωστόσο, είναι μονωτές. Προηγουμένως, οι επιστήμονες δεν είχαν καταφέρει να τα κάνουν να άγουν τον ηλεκτρισμό. Προηγούμενες προσπάθειες απαιτούσαν εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες ή εξαιρετικά υψηλές τάσεις για να έρθει το ηλεκτρικό φορτίο σε επαφή με τα ιόντα λανθανιδίων στο εσωτερικό.

Λόγω αυτού του φραγμού, τα LnNPs είχαν προηγουμένως περιορισμένες εφαρμογές, κυρίως στην απεικόνιση βαθέων ιστών που δεν βασίζεται στην ηλεκτρική ενέργεια.

Για να ξεπεράσουν αυτό το μονωτικό «τείχος», η ερευνητική ομάδα στο Κέιμπριτζ επέλεξε μια διαφορετική προσέγγιση. Αντί να προσπαθήσουν να το τρυπήσουν με θερμότητα ή πίεση, επέλεξαν μια πιο διακριτική προσέγγιση: τον υβριδισμό.

Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια οργανική χρωστική ουσία που ονομάζεται 9-ACA. Αυτά τα μόρια χρωστικής χρησιμοποιήθηκαν για να αντικαταστήσουν το μονωτικό στρώμα στην επιφάνεια των LnNPs.

Η αντικατάσταση αυτού του εξωτερικού στρώματος επιτρέπει μια ειδική τεχνική φόρτισης. Οι επιστήμονες εισάγουν ηλεκτρόνια σε αυτό το νέο οργανικό στρώμα. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί εξιτόνια - μια διεγερμένη κατάσταση ηλεκτρονίων. Από εδώ, η ενέργεια μεταφέρεται στα ιόντα λανθανιδίων στο εσωτερικό, προκαλώντας τους να λάμπουν.

Αυτή η μελέτη επισημαίνει επίσης ότι το μεγαλύτερο εμπόδιο σε προηγούμενα πειράματα ήταν το ενεργειακό χάσμα των LnNPs.

Αντικαθιστώντας το μονωτικό στρώμα με ένα οργανικό υλικό, η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Cambridge γεφύρωσε αυτό το κενό, επιτρέποντας στην ηλεκτρική ενέργεια να ενεργοποιήσει αποτελεσματικά τη φωταύγεια.

Μια σημαντική ανακάλυψη για το μέλλον της βιοϊατρικής τεχνολογίας.

Τα αποτελέσματα αυτής της διαδικασίας υβριδισμού είναι πραγματικά εντυπωσιακά. Τα νέα LED (γνωστά και ως LnLED) παράγουν φως εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIR) με σχεδόν τέλεια καθαρότητα.

Στην πραγματικότητα, σε δοκιμές, αυτό το υβριδικό LED ξεπέρασε τα περισσότερα υπάρχοντα οργανικά LED NIR στην αγορά. Επιπλέον, διέπρεψε τόσο στη φασματική στενότητα (καθαρότητα χρώματος) όσο και στην ενεργειακή απόδοση.

Αυτή η ανακάλυψη υπερβαίνει την απλή εργαστηριακή θεωρία και ανοίγει αμέτρητες πρακτικές εφαρμογές, ειδικά στους τομείς της ιατρικής και της βιοϊατρικής τεχνολογίας.

Προς το παρόν, για να εξετάσουν βαθιά μέσα στο σώμα, οι γιατροί συχνά πρέπει να χρησιμοποιούν ακτίνες Χ ή μαγνητική τομογραφία. Άλλες οπτικές μέθοδοι που χρησιμοποιούν ορατό φως εμποδίζονται από το δέρμα και το αίμα.

Εν τω μεταξύ, το φως NIR εμπίπτει στο «βιολογικό παράθυρο» επειδή μπορεί να διεισδύσει στο δέρμα και τους μαλακούς ιστούς πιο εύκολα από το κανονικό φως.

Η νέα τεχνολογία LED παράγει φως εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIR) με σχεδόν τέλεια καθαρότητα. Αυτό ανοίγει νέους δρόμους για την ιατρική, καθώς τα εσωτερικά όργανα ή τα αιμοφόρα αγγεία που βρίσκονται βαθιά κάτω από το δέρμα μπορούν να παρακολουθούνται με ακρίβεια χρησιμοποιώντας μόνο επιθέματα δέρματος που περιέχουν LnLED. Φωτογραφία: Specim.

Ωστόσο, τα τρέχοντα οργανικά φωταυγή υλικά συχνά διαρρέουν μετά από σύντομη περίοδο έκθεσης, διαταράσσοντας τη μακροπρόθεσμη παρακολούθηση.

Χάρη στη σταθερότητα των σπάνιων γαιών, η τεχνολογία LnLEDs υπόσχεται να ξεπεράσει πλήρως αυτό το πρόβλημα, επιτρέποντας τη δημιουργία συσκευών ιατρικής απεικόνισης ανθεκτικών στο ξεθώριασμα, επιτρέποντας την πιο καθαρή παρατήρηση των ιστών του σώματος από ποτέ.

Οι γιατροί μπορούν να χρησιμοποιούν δερματικά επιθέματα που περιέχουν LnLED για να παρακολουθούν συνεχώς την κατάσταση των εσωτερικών οργάνων ή των αιμοφόρων αγγείων που βρίσκονται βαθιά κάτω από το δέρμα για ημέρες χωρίς επεμβατικές διαδικασίες.

Επιπλέον, ο συνδυασμός οργανικών και ανόργανων υλικών δημιουργεί επίσης πιο εύκαμπτες και ανθεκτικές συσκευές. Το πιο σημαντικό είναι ότι η ερευνητική ομάδα δήλωσε ότι αυτή η μέθοδος μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί σε άλλους τύπους μονωτικών υλικών, ανοίγοντας το δρόμο για μια σειρά από νέα πειράματα και εφευρέσεις.

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