Siliciumbaserede nanopartikler kunne gøre LED'er billigere, grønnere at producere

(Phys.org) —Lysemitterende dioder, eller LED'er, er de mest effektive og miljøvenlige pærer på markedet. Men de kommer til en højere forhåndspris end andre pærer, især dem med varmere og mere tiltalende nuancer.

Forskere ved University of Washington har skabt et materiale, som de siger ville gøre LED-pærer billigere og grønnere at fremstille, at køre prisen ned. Deres siliciumbaserede nanopartikler blødgør det blå lys, der udsendes af LED'er, skabe hvidt lys, der minder mere om sollys.

Virksomheden, LumiSands, startede som et kandidatstuderende projekt for CEO Chang-Ching Tu, der modtog sin doktorgrad i elektroteknik på UW og netop har afsluttet et ophold som postdoc-forsker i materialevidenskab og teknik. Dette forår, opstartsvirksomheden udsprang fra UW Center for Commercialization, en proces, som dets to grundlæggere håber vil føre til underskrivelse af en kommercialiseringslicens for teknologien.

LED'er afgiver lys, når elektroner bevæger sig gennem et halvledermateriale. De er mere effektive end standard glødepærer eller fluorescerende pærer, men de er også dyrere. Det er delvist fordi inden for hver LED-lampe, dyre stoffer kendt som fosfor fra sjældne jordarters grundstoffer er med til at blødgøre det hårde blå lys, som LED'er naturligt udsender.

Men disse sjældne jordarters grundstoffer er farlige at udvinde og behandle. Kina kontrollerer næsten hele markedet for disse materialer, hvilket har firedoblet gennemsnitsprisen de seneste mange år.

Det er her LumiSands kommer ind i billedet. Virksomheden bruger silicium, stammer fra sand, i stedet for sjældne jordarters elementer for at konvertere en del af det blå lys, der udsendes af LED'er, til grønne, gule og røde. Det resulterende lys ligner mere sollys.

Besætningen på to planlægger at sælge direkte til producenter af LED-pærer, der ønsker at skifte væk fra stadigt dyrere materialer til at fremstille lysene.

"Forhåbentlig, producenter kunne erstatte traditionelle sjældne jordarters elementer med vores materiale med minimale yderligere trin, " sagde Ji Hoo, en UW doktorand i elektroteknik og medstifter af LumiSands. "Det bliver billigere, belysning af bedre kvalitet til brugerne."

Glødepærer afgiver lys, der minder mest om sollys – og er nemmest for vores øjne – men pærerne er ineffektive og producerer meget varme. fluorescerende pærer, ses oftest som lange rør i overhead kontorlamper, er mere effektive end glødelamper, men de indeholder kviksølv, frembyder sundheds- og miljøproblemer.

LumiSands ætser partikler af nanostørrelse fra wafers af silicium. Elementet, som normalt ikke udsender lys, kan begynde at lyse, når dens krystallinske partikelstørrelse er mindre end 5 nanometer. Overfladen er forstærket gennem en vådkemiproces. Når de rødemitterende siliciumnanopartikler tilsættes LED-pærer, lyset bliver blødere og varmere i nuancen.

"Det skønne ved vores teknologi er at skabe et meget effektivt fluorescerende materiale ved at bruge silicium i stedet for sjældne jordarters grundstoffer eller andre typer tungmetalsammensatte halvledere, " sagde Tu. "Fremstillingsprocessen kan udføres i et grundlæggende laboratoriemiljø og er let at skalere op."

LumiSands planlægger at justere den røde teknologi, før han går videre til andre farver såsom gul og grøn, hvilket vil gøre det muligt for LED'er at kaste et hvidt lys uden sjældne jordarters elementer.

Virksomheden har modtaget støtte fra National Science Foundation, Washington Research Foundation og W Fund. Det modtog en hæderlig omtale i 2012 Foster School of Business Environmental Innovation Challenge og en toppris i 2012 Jones Milestones/Foster Accelerator mentorprogram.

Nu, LumiSands færdiggør en prototype af teknologien og sender prøver til belysningsindustriens partnere til evaluering. Det vil ansøge om konkurrencedygtig fase to NSF-finansiering, hvilket kunne lancere virksomheden mod fremstilling af sin teknologi inden for et år.