MỸ – Một nhóm các nhà khoa học do Đại học Rutgers (Rutgers University) đứng đầu đã phát triển một vật liệu siêu sáng, rất ổn định và thân thiện với môi trường và sử dụng nó để tạo ra ánh sáng xanh đậm (phát xạ ở bước sóng ~450 nanomet) trong một điốt phát quang (Led), một thiết bị tiết kiệm năng lượng.

Theo các nhà khoa học tiên phong trong khám phá này, vật liệu lai phát xạ đồng – iốt mới được kỳ vọng sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ đèn led xanh lam nhờ những đặc tính tuyệt vời của chúng. Quy trình sản xuất vật liệu này được mô tả trên Tạp chí Khoa học Nature.

Bà Jing Li, Giáo sư Danh dự và Giáo sư Hội đồng Quản trị về hóa học và hóa sinh, người dẫn đầu nghiên cứu, chia sẻ: “Đèn led xanh lam đậm là cốt lõi của công nghệ chiếu sáng tiết kiệm năng lượng ngày nay. Tuy nhiên, các giải pháp hiện tại thường gặp phải các vấn đề về độ ổn định, khả năng mở rộng, chi phí, hiệu quả hoặc các vấn đề về môi trường do sử dụng các thành phần độc hại. Hợp chất đồng – iốt mới này mang đến một giải pháp tốt, tận dụng tính không độc hại, độ bền cao và hiệu suất cao.”

Đèn led là thiết bị chiếu sáng sử dụng vật liệu đặc biệt gọi là chất bán dẫn để chuyển đổi điện năng thành ánh sáng một cách hiệu quả và bền bỉ. Đèn led xanh lam được phát hiện vào đầu những năm 1990 và đã mang đến cho những người khám phá ra chúng giải Nobel vật lý năm 2014. Đèn led xanh lam đặc biệt quan trọng vì chúng được sử dụng để tạo ra ánh sáng trắng và thiết yếu cho các ứng dụng chiếu sáng nói chung.

Các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm của đại học Rutgers đang phát triển các tinh thể đồng – iốt phát ra ánh sáng xanh đậm

Giáo sư Li và các đồng nghiệp của bà tại đại học Rutgers đã hợp tác với các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven (Brookhaven National Laboratory) và bốn nhóm nghiên cứu khác đại diện các tổ chức quốc gia và thế giới trong nỗ lực nghiên cứu các vật liệu mới có thể cải thiện đèn led xanh.

Các nhà khoa học tham gia nghiên cứu, đã tìm ra cách làm cho đèn led xanh hiệu quả và bền vững hơn bằng cách sử dụng một loại vật liệu lai mới: sự kết hợp giữa đồng iodua với các phân tử hữu cơ.

Giáo sư Li chia sẻ: “Chúng tôi muốn tạo ra loại vật liệu mới có khả năng phát ra ánh sáng xanh đậm rất sáng, và sử dụng chúng để chế tạo đèn led với chi phí thấp hơn so với đèn led xanh hiện tại”.

Các nhà khoa học cho biết chất bán dẫn đồng – iốt mới mang lại một số lợi thế so với một số vật liệu khác được sử dụng trong đèn led. Tinh thể gốm perovskite chì – halogen, mặc dù tiết kiệm chi phí, nhưng chứa chì, một chất độc hại đối với con người, cũng như độ bất ổn định do nhạy cảm với độ ẩm và oxy. Đèn led hữu cơ (Oled) linh hoạt và có tiềm năng hiệu suất cao nhưng có thể thiếu độ ổn định về cấu trúc và quang phổ, nghĩa là chúng có thể nhanh chóng bị phân hủy và mất chất lượng màu theo thời gian. Các chấm lượng tử dạng keo hoạt động tốt chủ yếu trong đèn led xanh lá cây và năng lượng thấp, và thường có gốc kim loại cadmium, có thể gây ra độc tính. Việc tổng hợp các bộ phát hữu cơ phát quang có thể chi phí cao và phức tạp.

Giáo sư Li nói tiếp: “Vật liệu mới này cung cấp một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường và ổn định cho vật liệu hiện tại, giải quyết một số vấn đề này và có khả năng thúc đẩy công nghệ led”.

Vật liệu đồng – iốt sở hữu những đặc tính ưu việt như hiệu suất lượng tử phát quang rất cao, khoảng 99,6%, nghĩa là nó chuyển đổi gần như toàn bộ năng lượng quang nhận được thành ánh sáng xanh. Đèn led xanh lam làm từ vật liệu này đã đạt hiệu suất lượng tử ngoài tối đa (tỷ lệ giữa số photon phát ra và số electron được đưa vào) là 12,6%.

Những đèn led này không chỉ sáng mà còn có tuổi thọ cao hơn nhiều loại đèn khác. Trong điều kiện bình thường, chúng có thời gian bán hủy hoạt động khoảng 204 giờ, nghĩa là chúng có thể tiếp tục chiếu sáng trong một khoảng thời gian dài trước khi độ sáng bắt đầu giảm dần. Hơn nữa, vật liệu này hoạt động tốt trong các ứng dụng quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo một thiết bị lớn hơn mà vẫn duy trì hiệu suất cao, cho thấy vật liệu này có tiềm năng ứng dụng trong thực tế.

Bí quyết cho hiệu suất ấn tượng của vật liệu này nằm ở một kỹ thuật cải tiến được các nhà khoa học phát triển, gọi là thụ động hóa liên kết hydro giao diện kép. Kỹ thuật sản xuất này giúp tăng hiệu suất của đèn led lên gấp bốn lần.

Ông Kun Zhu, cựu nghiên cứu sinh và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại đại học Rutgers, đồng thời là tác giả đầu tiên của bài báo, chia sẻ: “Phương pháp xử lý của chúng tôi giảm thiểu các khuyết tật có thể cản trở sự di chuyển của điện tích tại giao diện của các vật liệu lai này. Phương pháp này là một chiến lược linh hoạt để tạo ra đèn led hiệu suất cao.”

Nếu có thể hình dung đèn led như một chiếc bánh sandwich với nhiều lớp khác nhau, mỗi lớp có một chức năng riêng, chẳng hạn như phát sáng hoặc vận chuyển electron và lỗ trống. Đôi khi, lớp phát sáng không tương tác hoàn hảo với các lớp giao diện của nó, điều này có thể làm giảm hiệu suất hoặc giảm tuổi thọ. Kỹ thuật này giúp loại bỏ những vấn đề như vậy bằng cách hình thành liên kết hydro giữa các lớp để tạo ra kết nối tốt hơn.

Giáo sư Li đã nói rằng: “Nhìn chung, loại vật liệu mới này sẽ tạo nền tảng cho các loại đèn led tốt hơn, sáng hơn và bền hơn”.

Để xem các tin bài khác về “Đèn led”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online