У недавньому дослідженні було виявлено, що оксиди титану значно підвищують ефективність та фотолюмінесценцію світлодіодів. Панування білих світлодіодів як основного джерела світла може незабаром завершитися з появою нової альтернативи.
Фотонний кристал, або наноантена, двовимірна структура з періодичним розташуванням нанорозмірних частинок, розробляється як передова технологія оптичного контролю. Вплив світла на комбінацію наноантени з люмінофорною пластиною дає гармонійне поєднання синього та жовтого світла.
Білі світлодіоди вже отримали покращення у вигляді білих лазерних діодів (LD), які складаються з жовтих люмінофорів та синіх лазерних діодів. Сині LD вузькоспрямовані, а жовті люмінофори випромінюють у всіх напрямках, що призводить до небажаного змішування кольорів.
Щоб розв’язати цю проблему, дослідники розробили люмінофорні пластини у поєднанні з наноантенами з використанням металевого алюмінію, які дозволяють збільшити фотолюмінесценцію. Наночастинки алюмінію ефективно розсіюють світло та покращують його інтенсивність та спрямованість. Однак алюміній також поглинає світло, знижуючи вихідну потужність. Це основне вузьке місце, особливо для завдань, що потребують високої інтенсивності освітлення.
Група дослідників з Кіотського університету досягла десятикратного посилення прямої фотолюмінесценції, замінивши алюміній діоксидом титану.
«Виявилося, що діоксид титану – найкращий вибір через його високий показник заломлення та поглинання при слабкому освітленні», – говорить провідний автор дослідження Шунсуке Мураї.
Хоча інтенсивність світлорозсіювання оксиду титану спочатку здавалася меншою, ніж у металевого алюмінію, команда використовувала комп’ютерне моделювання розробки оптимальної конструкції наноантени.
«Нові люмінофори наноантени вигідні для дуже яскравого, але енергоощадного твердотілого освітлення, оскільки вони можуть придушувати підвищення температури при опроміненні, — пояснює Мураї. — У процесі пошуку оптимальних розмірів ми з подивом виявили, що найтонші люмінофори давали найяскравішу фотолюмінесценцію, демонструючи, як збільшити інтенсивність прямого випромінювання та загальну потужність».
Стаття «Photoluminescence engineering with nanoantenna phosphors» авторства Шунсуке Мураї, Фейфей Чжан, Кокі Айчіа та Кацухіса Танака від 21 грудня 2022 р. опублікована в Journal of Materials Chemistry.
Джерело: SciTechDaily