Этот технологический прорыв может изменить всё.

Открытия о том, как перемещать электрический ток через частицы материалов, ранее считавшихся полными «изоляторами», обещают полностью переосмыслить светодиодные технологии и открыть беспрецедентные возможности в биомедицине.

Светодиод (LED) — это источник света, излучающий свет при подаче на него электрического тока.

Светодиодные технологии стали неотъемлемой частью современной жизни, от гигантских телевизионных экранов до обычных лампочек. Пользователи уже знакомы с более новыми технологиями, такими как OLED и QLED.

Преодоление барьеров

По сравнению с лампами накаливания и компактными люминесцентными лампами той же яркости, светодиодная лампа потребляет в 10 и 2 раза меньше электроэнергии соответственно и имеет срок службы во много раз дольше.

Несмотря на широкое применение, этот материал имеет существенный недостаток: он не пропускает электричество. Однако новые исследования, проведенные в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, изменили это положение вещей.

В частности, ученые нашли способ заставить эти изолирующие частицы проводить электричество и излучать свет, открывая новую главу в развитии оптоэлектронных технологий.

В центре внимания этого открытия находятся изолирующие наночастицы лантанидов (LnNPs). Эти частицы содержат редкоземельные элементы, такие как неодим и иттербий. Их примечательной особенностью является способность излучать чрезвычайно яркий свет при возбуждении.

Ученые нашли способ заставить светодиоды проводить электричество и излучать свет, открыв новую главу в оптоэлектронных технологиях. Фото: Камила Прието.

Однако они являются изоляторами. Ранее ученым не удавалось заставить их проводить электричество. Предыдущие попытки требовали чрезвычайно высоких температур или чрезвычайно высоких напряжений, чтобы привести электрический заряд в контакт с ионами лантанидов внутри.

Из-за этого барьера наночастицы лантанидов ранее имели ограниченное применение, главным образом в глубокой визуализации тканей, которая не зависит от электрической энергии.

Чтобы преодолеть эту изолирующую «стену», исследовательская группа из Кембриджа выбрала другой подход. Вместо того чтобы пытаться пробить ее с помощью тепла или давления, они предпочли более тонкий метод: гибридизацию.

В частности, ученые использовали органический краситель под названием 9-ACA. Молекулы этого красителя использовались для замены изолирующего слоя на поверхности наночастиц лантанидов.

Замена этого внешнего слоя позволяет использовать особый метод зарядки. Ученые вводят электроны в этот новый органический слой. В результате этого процесса создаются экситоны — возбужденное состояние электронов. Отсюда энергия передается ионам лантанидов внутри, заставляя их светиться.

В этом исследовании также указывается, что самым большим препятствием в предыдущих экспериментах был энергетический зазор между наночастицами лантанидов.

Заменив изолирующий слой органическим материалом, исследовательская группа Кембриджского университета преодолела этот пробел, позволив электрической энергии эффективно запускать люминесценцию.

Это крупный прорыв для будущего биомедицинских технологий.

Результаты этого процесса гибридизации поистине впечатляют. Новые светодиоды (также известные как LnLED) излучают ближний инфракрасный (ИК) свет с почти идеальной чистотой.

В ходе испытаний этот гибридный светодиод превзошел большинство существующих на рынке органических светодиодов ближнего инфракрасного диапазона. Кроме того, он показал превосходные результаты как по узкому спектральному диапазону (чистоте цвета), так и по энергоэффективности.

Это открытие выходит за рамки простой лабораторной теории и открывает бесчисленные практические возможности, особенно в области медицины и биомедицинских технологий.

В настоящее время для исследования глубоких слоев организма врачам часто приходится использовать рентген или МРТ. Другие оптические методы, использующие видимый свет, блокируются кожей и кровью.

Между тем, ближний инфракрасный свет попадает в «биологическое окно», поскольку он может проникать в кожу и мягкие ткани легче, чем обычный свет.

Новая светодиодная технология производит ближний инфракрасный (ИК) свет с практически идеальной чистотой. Это открывает новые возможности в медицине, поскольку внутренние органы или кровеносные сосуды, расположенные глубоко под кожей, могут точно контролироваться с помощью только кожных пластырей, содержащих LnLED-дисплеи. Фото: Specim.

Однако существующие органические люминесцентные материалы часто начинают «рассеиваться» после короткого периода воздействия, что затрудняет долговременный мониторинг.

Благодаря стабильности редкоземельных элементов, технология LnLED обещает полностью преодолеть эту проблему, позволяя создавать устойчивые к выцветанию медицинские устройства визуализации, обеспечивающие более четкое наблюдение за тканями тела, чем когда-либо прежде.

Врачи могут использовать кожные пластыри, содержащие светодиоды на основе лантанидов, для непрерывного мониторинга состояния внутренних органов или кровеносных сосудов, расположенных глубоко под кожей, в течение нескольких дней без инвазивных процедур.

Кроме того, сочетание органических и неорганических материалов позволяет создавать более гибкие и долговечные устройства. Что еще более важно, исследовательская группа заявила, что этот метод легко применим и к другим типам изоляционных материалов, открывая путь для целого ряда новых экспериментов и изобретений.

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