Detta tekniska genombrott kan förändra allt.

Upptäckter om hur man kan föra elektrisk ström genom partiklar av material som tidigare ansetts vara helt "isolerande" lovar att helt omdefiniera LED-tekniken och öppna upp för exempellösa tillämpningar inom biomedicin.

En lysdiod (LED) är en ljuskälla som avger ljus när den appliceras på en elektrisk ström.

LED-teknik har blivit en oumbärlig del av det moderna livet, från gigantiska TV-skärmar till vardagliga glödlampor. Användare är till och med bekanta med nyare tekniker som OLED och QLED.

Bryta ner barriärer

Jämfört med glödlampor och kompaktlysrör med samma ljusstyrka använder en LED-lampa bara 1/10 respektive 1/2 så mycket elektricitet och har en många gånger längre livslängd.

Trots sin utbredda användning har just detta material en allvarlig nackdel: det tillåter inte elektricitet att flöda genom det. Ny forskning från Cavendish-laboratoriet vid University of Cambridge har dock förändrat allt detta.

Mer specifikt har forskare hittat ett sätt att tvinga dessa isolerande partiklar att leda elektricitet och avge ljus, vilket öppnar ett nytt kapitel för optoelektronisk teknik.

Fokus för denna upptäckt ligger på att isolera lantanid-nanopartiklar (LnNP). Dessa partiklar innehåller sällsynta jordartsmetaller som neodym och ytterbium. Deras anmärkningsvärda egenskap är deras förmåga att avge extremt starkt ljus när de utsätts för excitation.

Forskare har hittat ett sätt att tvinga lysdioder att leda elektricitet och avge ljus, vilket öppnar ett nytt kapitel för optoelektronisk teknik. Foto: Camila Prieto.

De är dock isolatorer. Tidigare hade forskare misslyckats med att få dem att leda elektricitet. Tidigare försök krävde extremt höga temperaturer eller extremt höga spänningar för att få den elektriska laddningen i kontakt med lantanidjonerna inuti.

På grund av denna barriär har LnNP tidigare haft begränsade tillämpningar, främst inom djupvävnadsavbildning som inte är beroende av elektrisk energi.

För att övervinna denna isolerande "vägg" valde forskargruppen vid Cambridge en annan metod. Istället för att försöka punktera den med värme eller tryck valde de en mer subtil metod: hybridisering.

Mer specifikt använde forskarna ett organiskt färgämne som heter 9-ACA. Dessa färgämnesmolekyler användes för att ersätta det isolerande lagret på ytan av LnNP:erna.

Att ersätta detta yttre lager möjliggör en speciell laddningsteknik. Forskare injicerar elektroner i detta nya organiska lager. Denna process skapar excitoner – ett exciterat tillstånd av elektroner. Härifrån överförs energi till lantanidjonerna inuti, vilket får dem att glöda.

Denna studie påpekar också att det största hindret i tidigare experiment har varit energigapet hos LnNP:er.

Genom att ersätta det isolerande lagret med ett organiskt material har forskargruppen vid Cambridge University överbryggat denna klyfta, vilket gör att elektrisk energi effektivt kan utlösa luminescens.

Ett stort genombrott för framtidens biomedicinska teknik.

Resultaten av denna hybridiseringsprocess är verkligen imponerande. De nya lysdioderna (även kända som LnLED) producerar nära-infrarött (NIR) ljus med nästan perfekt renhet.

Faktum är att denna hybrid-LED i tester överträffade de flesta befintliga organiska NIR-LED:er på marknaden. Dessutom utmärkte den sig både vad gäller spektral smalhet (färgrenhet) och energieffektivitet.

Denna upptäckt går utöver ren laboratorieteori och öppnar upp för otaliga praktiska tillämpningar, särskilt inom medicin och biomedicinsk teknik.

För att kunna se djupt in i kroppen måste läkare ofta använda röntgen eller magnetresonanstomografi (MRI). Andra optiska metoder som använder synligt ljus blockeras av hud och blod.

Samtidigt faller NIR-ljus inom det "biologiska fönstret" eftersom det lättare kan penetrera hud och mjukvävnad än vanligt ljus.

Ny LED-teknik producerar nära-infrarött (NIR) ljus med nästan perfekt renhet. Detta öppnar nya vägar för medicin, eftersom inre organ eller blodkärl som ligger djupt under huden kan övervakas noggrant med hjälp av endast hudplåster som innehåller LnLEDs. Foto: Specim.

Emellertid blöder ofta nuvarande organiska luminescerande material efter en kort exponeringsperiod, vilket stör långsiktig övervakning.

Tack vare stabiliteten hos sällsynta jordartsmetaller lovar LnLEDs-tekniken att helt övervinna detta problem, vilket möjliggör skapandet av blekningsbeständiga medicinska avbildningsenheter, vilket möjliggör tydligare observation av kroppsvävnader än någonsin tidigare.

Läkare kan använda hudplåster som innehåller LnLED:er för att kontinuerligt övervaka tillståndet hos inre organ eller blodkärl som ligger djupt under huden i flera dagar utan invasiva ingrepp.

Dessutom skapar kombinationen av organiska och oorganiska material mer flexibla och hållbara anordningar. Ännu viktigare är att forskargruppen konstaterade att denna metod enkelt kan tillämpas på andra typer av isoleringsmaterial, vilket banar väg för en rad nya experiment och uppfinningar.

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