این LED فوق‌باریک نور طبیعی خورشید را به خانه شما می آورد

دانشمندان یک LED فوق‌باریک با نور طبیعی ساخته‌اند که تابشی ملایم و طبیعی مشابه نور خورشید دارد. با استفاده از ترکیب دقیق نقاط کوانتومی، تیم تحقیقاتی توانسته طیف کامل رنگ‌های نور روز را بازتولید کند.

به گزارش تکناک، این طراحی می‌تواند منجر به روشنایی راحت‌تر و دوستدار چشم و همچنین نمایشگرهای نسل بعدی شود.

پیشرفت در فناوری LED فوق‌باریک با نور طبیعی

لامپ‌ها در انواع مختلف طراحی می‌شوند، کره‌ای، مارپیچی، نوک شمعی و لوله‌های بلند؛ اما تعداد کمی واقعا باریک هستند. حالا، دانشمندان به نشریه ACS Applied Materials & Interfaces گزارش داده‌اند که دیود نوری (LED) ساخته‌اند که بسیار باریک است و شبیه یک ورق کاغذ به نظر می‌رسد.

این LED فوق‌صاف، نوری نرم و شبیه به نور خورشید تولید می‌کند و می‌تواند نقش مهمی در نمایشگرهای آینده برای گوشی‌ها، کامپیوترها و دیگر فناوری‌های روشنایی ایفا کند، در حالی که میزان نور منتشر شده که می‌تواند بر خواب سالم تاثیر بگذارد را کاهش می‌دهد.

شیانگ‌هوا وانگ، نویسنده مسئول این مطالعه، می‌گوید: «این دستاورد نشان می‌دهد که تولید LEDهای نقاط کوانتومی فوق‌باریک و با سطح گسترده که طیف کامل نور خورشید را بازتولید می‌کنند، عملی است. این فناوری می‌تواند در نسل آینده نمایشگرهای دوستدار چشم، سیستم‌های روشنایی داخلی هوشمند و حتی منابع نوری با طول موج قابل تنظیم برای کاربردهای باغبانی و سلامت انسان تحول‌آفرین باشد.»

ماموریت برای روشنایی شبیه خورشید

بسیاری از افراد ترجیح می‌دهند نور داخلی خانه حس طبیعی و آرامش‌بخش داشته باشد. در پژوهش‌های گذشته، محققان این هدف را با LEDهای انعطاف‌پذیر مجهز به رنگدانه‌های فسفری قرمز و زرد که نوری نرم و شبیه شعله شمع تولید می‌کردند، دنبال کردند. اما در رویکردی نوین، این رنگدانه‌ها با نقاط کوانتومی جایگزین شده‌اند؛ ذرات ریزی که انرژی الکتریکی را به‌طور مستقیم به نور رنگی تبدیل می‌کنند.

اگرچه محققان پیشین از نقاط کوانتومی برای ساخت LEDهای سفید استفاده کرده‌اند، بازتولید کامل طیف نور خورشید همچنان دشوار بوده است، به‌ویژه در نواحی زرد و سبز که شدت نور طبیعی بالاتر است. برای مقابله با این چالش، لی چن و تیمش نقاط کوانتومی را طراحی کردند که بتوانند در LED سفید نازک (QLED) درخشندگی طبیعی نور خورشید را بازتولید کنند. این تیم در همکاری با گروه وانگ، روش موثری برای ایجاد ماده هادی با عملکرد بهینه در ولتاژ پایین نیز کشف کرد.

مهندسی QLED با طیف نور خورشید

تیم پژوهشی ابتدا نقاط کوانتومی قرمز، زرد-سبز و آبی را با پوسته‌های روی-گوگرد تولید و ترکیب دقیق این سه رنگ را برای شبیه‌سازی کامل طیف خورشید تعیین کرد. QLED ساخته‌شده روی زیرلایه شیشه‌ای اکسید ایندیم-قلع قرار گرفت و شامل لایه‌هایی از پلیمرهای هادی، مخلوط نقاط کوانتومی، ذرات اکسید فلز و در نهایت پوششی از آلومینیوم یا نقره بود. ضخامت لایه نقاط کوانتومی تنها چند ده نانومتر بود؛ بسیار نازک‌تر از لایه‌های مرسوم تبدیل رنگ، که در نهایت منجر به تولید QLED سفید با ضخامت کلی مشابه کاغذ دیواری شد.

نور طبیعی، روشن‌تر و سالم‌تر با کاهش پرتوهای آبی

در نخستین آزمایش‌ها، QLED فوق‌باریک بهترین عملکرد خود را با منبع تغذیه 11.5 ولت نشان داد و بیشترین نور سفید گرم و دلپذیر را منتشر کرد. نور تولید شده، شدت بیشتری در طیف قرمز و شدت کمتری در طیف آبی داشت که بر اساس یافته‌های پژوهشگران، برای سلامت چشم و بهبود کیفیت خواب مفید است. اشیایی که با این QLED روشن می‌شوند، رنگی نزدیک به واقعیت خود نشان می‌دهند و شاخص بازتولید رنگ آن‌ها بیش از 92٪ ارزیابی شد.

در مراحل بعدی، تیم پژوهشی 26 دستگاه QLED سفید دیگر تولید کرد، با همان نقاط کوانتومی اما با مواد هادی متفاوت، تا ولتاژ عملیاتی بهینه حاصل شود. این منابع نور تنها به 8 ولت نیاز داشتند تا حداکثر روشنایی خود را ارائه دهند و تقریباً 80٪ از آن‌ها روشنایی لازم برای نمایشگرهای کامپیوتری را فراهم کردند.