(Phys.org) - Con la era de la bombilla incandescente que se desvanece rápidamente, el santo grial de la industria de la iluminación es desarrollar una forma altamente eficiente de iluminación de estado sólido que produzca luz blanca de alta calidad.

Una de las pocas tecnologías alternativas que producen luz blanca pura son los puntos cuánticos de luz blanca. Se trata de perlas fluorescentes ultrapequeñas de seleniuro de cadmio que pueden convertir la luz azul producida por un LED en una luz blanca cálida con un espectro similar al de la luz incandescente. (Por el contrario, Los tubos fluorescentes compactos y la mayoría de los LED de luz blanca emiten una combinación de colores monocromáticos que simulan la luz blanca).

Hace siete años, cuando se descubrieron accidentalmente puntos cuánticos de luz blanca en un laboratorio de química de Vanderbilt, su eficiencia era demasiado baja para aplicaciones comerciales y varios expertos predijeron que sería imposible elevarla a niveles prácticos. Hoy dia, sin embargo, Los investigadores de Vanderbilt han demostrado que esas predicciones son incorrectas al informar que han aumentado con éxito la eficiencia fluorescente de estos nanocristales desde un nivel original del tres por ciento hasta un 45 por ciento.

Posibles aplicaciones comerciales

"El cuarenta y cinco por ciento es tan alto como la eficiencia de algunos fósforos comerciales, lo que sugiere que los puntos cuánticos de luz blanca ahora se pueden usar en algunas aplicaciones especiales de iluminación, "dijo Sandra Rosenthal, la Cátedra de Química Jack y Pamela Egan, quién dirigió la investigación que se describe en línea en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense . "El hecho de que hayamos aumentado con éxito su eficiencia en más de 10 veces también significa que debería ser posible mejorar su eficiencia aún más".

La medida general de la eficiencia general de los dispositivos de iluminación se llama eficiencia luminosa y mide la cantidad de luz visible (lúmenes) que produce un dispositivo por vatio. Una bombilla incandescente produce unos 15 lúmenes / vatio, mientras que los tubos fluorescentes emiten alrededor de 100 lúmenes / vatio. Los LED de luz blanca actualmente en el mercado oscilan entre 28 y 93 lúmenes / vatio.

"Calculamos que si combina nuestros puntos cuánticos mejorados con el LED ultravioleta más eficiente, el dispositivo híbrido tendría una eficiencia luminosa de aproximadamente 40 lúmenes / vatio, "informó James McBride, profesor asistente de investigación de química que ha estado involucrado en la investigación desde sus inicios. "Hay mucho espacio para mejorar la eficiencia de los LED UV y las mejoras se traducirían directamente en una mayor eficiencia en el híbrido".

Un descubrimiento accidental

Los puntos cuánticos se descubrieron en 1980. Son perlas de material semiconductor, el material del que están hechos los transistores, que son tan pequeños que tienen propiedades electrónicas únicas. intermedio entre los de los semiconductores a granel y las moléculas individuales. Una de sus propiedades útiles es la fluorescencia que produce colores distintivos determinados por el tamaño de las partículas. A medida que el tamaño del nanocristal se reduce, la luz que emite cambia de rojo a azul. El descubrimiento de Vanderbilt fue que los puntos cuánticos ultrapequeños, que contiene solo de 60 a 70 átomos, emiten luz blanca en lugar de monocromática.

"Estos puntos cuánticos son tan pequeños que casi todos los átomos están en la superficie, por lo que la emisión de luz blanca es intrínsecamente un fenómeno de superficie, "dijo Rosenthal.

Uno de los primeros métodos que varios grupos utilizaron en el intento de aclarar los nanocristales fue el "bombardeo", es decir, hacer crecer una concha a su alrededor hecha de un material diferente. como el sulfuro de zinc. Desafortunadamente, las conchas apagaban el efecto de luz blanca y los puntos cuánticos sin cáscara producían solo luz coloreada.

Los químicos siguieron sus narices

Siguiendo el ejemplo de una investigación realizada en la Universidad de Carolina del Norte, los investigadores decidieron ver si el tratamiento de los puntos cuánticos con sales metálicas tendría un efecto de brillo. Notaron que algunas de las sales parecían producir una pequeña mejora (del 10 al 20 por ciento) pero notable.

"Eran sales de acetato y olían un poco a ácido acético, ", dijo McBride." Sabíamos que el ácido acético se une a los puntos cuánticos, así que decidimos intentarlo ".

La decisión de seguir su olfato resultó ser una suerte. ¡El tratamiento con ácido acético aumentó la eficiencia fluorescente de los puntos cuánticos del ocho por ciento al 20 por ciento!

El ácido acético es un miembro de la familia de los ácidos carbocíclicos. Entonces, los investigadores probaron con los otros miembros de la familia. Descubrieron que el miembro más simple y ácido, el ácido fórmico, el químico que usan las hormigas para marcar sus caminos - funcionó mejor, empujando la eficiencia hasta un 45 por ciento.

El aumento de brillo tuvo un efecto secundario inesperado. Cambió ligeramente el pico del espectro de color de los puntos cuánticos al azul. Esto es irónico porque la principal queja de los LED de luz blanca es que la luz que producen tiene un tinte azul desagradable. Sin embargo, los investigadores sostienen que saben cómo corregir el equilibrio de color de la luz potenciada.

El siguiente paso de los investigadores es probar diferentes métodos para encapsular los puntos cuánticos mejorados.