Los científicos han descubierto un grupo de materiales que podrían allanar el camino para una nueva generación de iluminación de alta eficiencia, resolviendo un dilema que ha inhibido el rendimiento de la tecnología de visualización durante décadas. El desarrollo de conceptos de ahorro de energía en aplicaciones de visualización e iluminación esun foco principal de investigación, ya que una quinta parte de la electricidad del mundo se usa para generar luz.
Escribiendo en ciencia esta semana, el equipo, de la Universidad de Cambridge, la Universidad de East Anglia y la Universidad del Este de Finlandia, describe cómo desarrolló un nuevo tipo de material que utiliza moléculas rotativas para emitir luz más rápido que nunca antes.Podría dar lugar a televisores, pantallas de teléfonos inteligentes y luces de la habitación que son más eficientes, más brillantes y duraderas que las que se encuentran actualmente en el mercado.
El autor correspondiente, Dr. Dan Credgington, del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, dice: "Es sorprendente que la primera demostración de este nuevo tipo de material ya supere el rendimiento de las tecnologías que han tardado décadas en desarrollarse.descubrió que puede aprovecharse en todo el espectro, podría cambiar la forma en que generamos luz "
Los materiales moleculares son la fuerza impulsora detrás de los modernos diodos orgánicos emisores de luz OLED. Inventados en la década de 1980, estos dispositivos emiten luz cuando se aplica electricidad a las moléculas orgánicas basadas en carbono en ellos. La iluminación OLED ahora se usa ampliamente entelevisores, computadoras y teléfonos móviles. Sin embargo, tiene que superar un problema fundamental que tiene una eficiencia limitada cuando se trata de convertir la energía eléctrica en luz.
Pasar una corriente eléctrica a través de estas moléculas las pone en un estado excitado, pero solo el 25% de estos son estados 'brillantes' que pueden emitir luz rápidamente. El 75% restante son estados 'oscuros' que generalmente desperdician su energía como limitantes del calorla eficiencia del dispositivo OLED. Este modo de operación produce más calor que luz al igual que en una bombilla de filamento antigua. La razón subyacente es una propiedad cuántica llamada 'giro' y los estados oscuros tienen el tipo incorrecto.
Un enfoque para abordar este problema es utilizar elementos raros, como el iridio, que ayudan a los estados oscuros a emitir luz al permitirles cambiar su giro. El problema es que este proceso lleva demasiado tiempo, por lo que la energía atada en ellos estados oscuros pueden acumularse hasta niveles dañinos y hacer que el OLED sea inestable. Este efecto es un problema para los materiales emisores de azul la luz azul tiene la energía más alta de todos los colores que, en la práctica, el enfoque no se puede usar.
Los químicos de la Universidad de East Anglia ahora han desarrollado un nuevo tipo de material donde dos moléculas orgánicas diferentes están unidas por un átomo de cobre u oro. La estructura resultante se parece un poco a una hélice. Los compuestos, que pueden fabricarsemediante un simple procedimiento de una sola olla a partir de materiales fácilmente disponibles, se descubrió que eran sorprendentemente luminiscentes. Al girar su "hélice", los estados oscuros formados en estos materiales se tuercen, lo que les permite cambiar su rotación rápidamente. El proceso aumenta significativamente la velocidaden el que la energía eléctrica se convierte en luz logrando una eficiencia de casi el 100% y evitando la acumulación dañina de estados oscuros.
El Dr. Dawei Di y el Dr. Le Yang, de Cambridge, fueron coautores principales, junto con el Dr. Alexander Romanov, de la UEA. Él dice :
"Nuestro descubrimiento de que los compuestos simples de cobre y oro se pueden usar como materiales brillantes y eficientes para OLED demuestra cómo la química puede aportar beneficios tangibles a la sociedad. Todos los intentos anteriores de construir OLED basados en estos metales han tenido un éxito mediocre.El problema es que esos materiales requieren que las moléculas orgánicas sofisticadas se unan con cobre, pero no cumplen con los estándares industriales. Nuestros resultados abordan un desafío continuo de investigación y desarrollo que puede llevar productos OLED de alta tecnología a todos los hogares ".
El modelado computacional jugó un papel importante en el descubrimiento de esta nueva forma de aprovechar los movimientos de torsión intramoleculares para la conversión de energía.
comenta el Profesor Mikko Linnolahti, de la Universidad del Este de Finlandia, donde se hizo esto :
"Este trabajo forma el caso de estudio de cómo podemos explicar los principios detrás del funcionamiento de estos nuevos materiales y su aplicación en OLEDS".
El siguiente paso es diseñar nuevas moléculas que aprovechen al máximo este mecanismo, con el objetivo final de eliminar por completo la necesidad de elementos raros. Esto resolvería el problema más antiguo en el campo: cómo hacer OLED sin tener quecompensación entre eficiencia y estabilidad.
El coautor principal, Dr. Dawei Di, del Laboratorio Cavendish, dice :
"Nuestro trabajo muestra que el espín del estado excitado y el movimiento molecular pueden trabajar juntos para impactar fuertemente el rendimiento de los OLED. Esta es una excelente demostración de cómo la mecánica cuántica, una rama importante de la ciencia fundamental, puede tener consecuencias directas para una aplicación comercialque tiene un mercado global masivo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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