Ten przełom technologiczny może wszystko zmienić.

Dioda elektroluminescencyjna (LED) to źródło światła, które emituje światło po przyłożeniu do niego prądu elektrycznego.

Technologia LED stała się nieodłącznym elementem współczesnego życia, od gigantycznych ekranów telewizyjnych po codzienne żarówki. Użytkownicy znają nawet nowsze technologie, takie jak OLED i QLED.

Przełamywanie barier

W porównaniu do żarówek żarowych i świetlówek kompaktowych o tej samej jasności, żarówka LED zużywa odpowiednio zaledwie 1/10 i 1/2 energii elektrycznej, a jej żywotność jest wielokrotnie dłuższa.

Pomimo powszechnego zastosowania, ten konkretny materiał ma poważną wadę: nie pozwala na przepływ prądu elektrycznego. Jednak nowe badania przeprowadzone w Laboratorium Cavendisha na Uniwersytecie Cambridge zmieniły to wszystko.

Naukowcy odkryli sposób, aby zmusić te izolujące cząsteczki do przewodzenia prądu i emitowania światła, otwierając nowy rozdział w technologii optoelektronicznej.

Odkrycie koncentruje się na izolacyjnych nanocząstkach lantanowców (LnNP). Cząsteczki te zawierają pierwiastki ziem rzadkich, takie jak neodym i iterb. Ich niezwykłą cechą jest zdolność do emitowania niezwykle jasnego światła po wzbudzeniu.

Naukowcy znaleźli sposób, aby zmusić diody LED do przewodzenia prądu i emitowania światła, otwierając nowy rozdział w technologii optoelektronicznej. Zdjęcie: Camila Prieto.

Są one jednak izolatorami. Wcześniej naukowcom nie udało się zmusić ich do przewodzenia prądu. Wcześniejsze próby wymagały ekstremalnie wysokich temperatur lub ekstremalnie wysokich napięć, aby doprowadzić ładunek elektryczny do kontaktu z jonami lantanowców w środku.

Ze względu na tę barierę LnNP miały dotychczas ograniczone zastosowanie, głównie w obrazowaniu tkanek głębokich, które nie opiera się na energii elektrycznej.

Aby pokonać tę izolującą „ścianę”, zespół badawczy z Cambridge wybrał inne podejście. Zamiast próbować przebić ją ciepłem lub ciśnieniem, zdecydowali się na subtelniejsze podejście: hybrydyzację.

Naukowcy zastosowali organiczny barwnik o nazwie 9-ACA. Cząsteczki tego barwnika zastąpiły warstwę izolacyjną na powierzchni LnNP.

Wymiana tej zewnętrznej warstwy umożliwia zastosowanie specjalnej techniki ładowania. Naukowcy wstrzykują elektrony do tej nowej warstwy organicznej. Proces ten tworzy ekscytony – stan wzbudzony elektronów. Stamtąd energia jest przekazywana do jonów lantanowców znajdujących się wewnątrz, powodując ich świecenie.

W badaniu tym zwrócono również uwagę na to, że największą przeszkodą w dotychczasowych eksperymentach była luka energetyczna LnNP.

Zastępując warstwę izolacyjną materiałem organicznym, zespołowi badawczemu Uniwersytetu Cambridge udało się wypełnić tę lukę, dzięki czemu energia elektryczna może skutecznie wyzwalać luminescencję.

Przełomowy moment dla przyszłości technologii biomedycznej.

Wyniki tego procesu hybrydyzacji są naprawdę imponujące. Nowe diody LED (znane również jako LnLED) wytwarzają światło bliskiej podczerwieni (NIR) o niemal idealnej czystości.

W testach ta hybrydowa dioda LED przewyższyła większość organicznych diod NIR dostępnych na rynku. Co więcej, wyróżniała się zarówno wąskim pasmem widmowym (czystością barw), jak i energooszczędnością.

Odkrycie to wykracza poza czystą teorię laboratoryjną i otwiera niezliczone zastosowania praktyczne, zwłaszcza w medycynie i technologii biomedycznej.

Obecnie, aby zajrzeć głęboko w ciało, lekarze często muszą korzystać ze zdjęć rentgenowskich lub rezonansu magnetycznego. Inne metody optyczne wykorzystujące światło widzialne są blokowane przez skórę i krew.

Tymczasem światło bliskiej podczerwieni mieści się w „oknie biologicznym”, ponieważ może przenikać skórę i tkanki miękkie łatwiej niż zwykłe światło.

Nowa technologia LED generuje światło bliskiej podczerwieni (NIR) o niemal idealnej czystości. Otwiera to nowe możliwości dla medycyny, ponieważ narządy wewnętrzne i naczynia krwionośne znajdujące się głęboko pod skórą można dokładnie monitorować za pomocą samych płatów skóry zawierających diody LnLED. Zdjęcie: Specim.

Jednak obecnie stosowane organiczne materiały luminescencyjne często zaczynają wydzielać światło już po krótkim czasie ekspozycji, co utrudnia długoterminowy monitoring.

Dzięki stabilności pierwiastków ziem rzadkich technologia LnLEDs obiecuje całkowite rozwiązanie tego problemu, co pozwoli na stworzenie odpornych na blaknięcie urządzeń do obrazowania medycznego, umożliwiających wyraźniejszą niż kiedykolwiek wcześniej obserwację tkanek ciała.

Lekarze mogą używać plastrów skórnych zawierających diody LnLED do ciągłego monitorowania stanu narządów wewnętrznych lub naczyń krwionośnych położonych głęboko pod skórą przez wiele dni bez konieczności przeprowadzania inwazyjnych procedur.

Co więcej, połączenie materiałów organicznych i nieorganicznych pozwala na tworzenie bardziej elastycznych i trwałych urządzeń. Co ważniejsze, zespół badawczy stwierdził, że metodę tę można z łatwością zastosować do innych rodzajów materiałów izolacyjnych, torując drogę do szeregu nowych eksperymentów i wynalazków.

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