(Phys.org) —Actualmente, todos los diodos emisores de luz (LED) emiten luz de un solo color, que está predefinido durante la fabricación. Hasta aquí, ajustar el color de la luz producida por un solo LED nunca se ha realizado, a pesar de numerosos intentos.

Por eso, es bastante notable que en un nuevo estudio, Los científicos han demostrado un LED que no solo se puede ajustar para emitir diferentes colores de luz, pero puede hacerlo en casi todo el espectro visible:desde azul (longitud de onda de 450 nm) hasta rojo (longitud de onda de 750 nm), básicamente todos los colores excepto los azules y violetas más oscuros.

La clave para lograr el LED con ajuste de color es fabricarlo con grafeno, el mismo material que ha llevado a una investigación innovadora en varias áreas. desde baterías hasta células solares y semiconductores. A pesar del éxito del grafeno en estas áreas, Los LED basados ​​en grafeno nunca se habían realizado hasta ahora, convirtiendo al nuevo dispositivo en el primer LED basado en grafeno, además de ser el primer LED sintonizable en color.

Las aplicaciones del nuevo LED incluyen alta calidad, Pantallas LED ajustables en color para televisores y dispositivos móviles, luminarias LED con ajuste de color, y el potencial de una variedad de futuros dispositivos fotónicos basados ​​en grafeno.

Mezcla de dos formas de grafeno

Los investigadores, dirigido por el profesor Tian-Ling Ren en la Universidad de Tsinghua en Beijing, hizo el material emisor de luz a partir de la interfaz de dos formas diferentes de grafeno. Estas formas son óxido de grafeno (GO), que se produce a partir de grafito económico, y óxido de grafeno reducido (rGO), que es una forma más prístina de GO.

En la interfaz del GO y rGO hay un tipo especial de GO parcialmente reducido que tiene ópticas, físico, y propiedades químicas que se encuentran en algún lugar entre las de GO y rGO. La propiedad "combinada" más importante de la capa interfacial es que tiene una serie de niveles de energía discretos, que en última instancia permite la emisión de luz a muchas energías diferentes, o colores.

La ocurrencia de esta propiedad es especialmente interesante porque, en su propia, ni GO ni rGO (o cualquier otra forma conocida de grafeno, para el caso) puede emitir cualquier luz. Esto se debe a que ninguno de los materiales tiene el tamaño correcto "bandgap, "que es la brecha entre dos bandas de energía que los electrones deben atravesar para conducir electricidad o emitir luz. Mientras que GO tiene una banda prohibida extremadamente grande, rGO tiene una banda prohibida cero.

En lugar de tener una banda prohibida en algún lugar entre GO y rGO, el GO interfacial parcialmente reducido en realidad tiene muchas bandas prohibidas intermedias diferentes como resultado de cómo se produce la mezcla, no como una transición suave, pero en forma de nanoclusters rGO incrustados dentro de la capa GO. Debido a que estos nanoclusters rGO se reducen en diversos grados en la interfaz, exhiben variaciones en sus niveles de energía y, como consecuencia, en el color de la luz emitida. Estos niveles de energía se pueden modular fácilmente cambiando el voltaje aplicado o mediante dopaje químico, que estimula selectivamente un solo color de luminiscencia y permite ajustar el color del LED.

"Descubrimos que una combinación de GO y rGO puede crear un material conductor y con banda prohibida amplia, "Ren dijo Phys.org . "Se sabe comúnmente que el grafeno no tiene banda prohibida. Por lo tanto, a todos nos sorprendió que nuestra interfaz GO / rGO (un sistema basado en grafeno) pueda ser realmente luminiscente".

Expectativas comerciales

El hecho de que esta sea la primera observación de luminiscencia en un sistema basado en grafeno allana el camino hacia el uso del grafeno como fuente de luz en futuros dispositivos fotónicos basados ​​en grafeno. Un LED sintonizable en color también ha sido muy deseado para pantallas LED y artefactos de iluminación de alta calidad. Debido a que el color cambia en respuesta a ciertos químicos, los dispositivos también podrían tener aplicaciones de detección.

"A base de grafeno, Los LED de color ajustable pueden permitir la realización de tecnologías de visualización flexibles que pueden cubrir todo el espectro visible. "Dijo Ren." Los LED convencionales solo emiten una longitud de onda fija de luz y, por lo tanto, las tecnologías de visualización requieren una mezcla de rojo, verde, y LED azules. Si es a base de grafeno, se utiliza un LED sintonizable en color, una pantalla flexible y a todo color se puede realizar de una manera sencilla. Una amplia gama de productos electrónicos médicos y de consumo pueden beneficiarse de esta tecnología ".

En su trabajo, los investigadores diseñaron, fabricado y probó 20 LED basados ​​en grafeno. En general, los dispositivos demostraron buen brillo pero baja eficiencia, que planean mejorar. Otro inconveniente del prototipo actual es una vida útil de emisión muy corta de menos de un minuto aproximadamente en condiciones ambientales y aproximadamente 2 horas en vacío. Los investigadores atribuyen la corta vida útil a la oxidación en el aire y predicen que los revestimientos protectores pueden mejorar esta área.

A pesar del margen de mejora, los investigadores esperan que los LED basados ​​en grafeno tengan perspectivas comerciales alentadoras debido a varias ventajas, incluida su sintonización precisa del color, estructura compacta, y fabricación sencilla.

"La eficiencia del LED de grafeno podría mejorarse aún más, "Dijo Ren." Una forma de lograr esto sería mediante el uso de materiales [semiconductores] de tipo n combinados con grafeno. La corta vida útil también podría mejorarse mediante el sellado al vacío. Se puede esperar la comercialización en unos años ya que nuestro método es simple y de bajo costo. Al igual que con cualquier otro desarrollo tecnológico que surja de un laboratorio, existen desafíos; sin embargo, creemos que estos desafíos se pueden superar en un futuro próximo. Creemos que a base de grafeno, Los LED de color ajustable son una tecnología prometedora para pantallas flexibles ".

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