Un equipo dirigido por ingenieros de la Universidad de California en San Diego ha utilizado la minería de datos y las herramientas informáticas para descubrir un nuevo material de fósforo para LED blancos que es económico y fácil de fabricar. Los investigadores construyeron prototipos de bombillas LED blancas utilizando el nuevo fósforo.Los prototipos exhibieron una mejor calidad de color que muchos LED comerciales actualmente en el mercado.
Los investigadores publicaron el nuevo fósforo el 19 de febrero en la revista julio .
Los fósforos, que son sustancias que emiten luz, son uno de los ingredientes clave para fabricar LED blancos. Son polvos cristalinos que absorben energía de la luz azul o casi UV y emiten luz en el espectro visible. La combinación de los diferentes coloresla luz crea luz blanca.
Sin embargo, los fósforos utilizados en muchos LED blancos comerciales tienen varias desventajas. Muchos están hechos de elementos de tierras raras, que son caros y algunos son difíciles de fabricar. También producen LED con mala calidad de color.
Investigadores de la UC San Diego y la Universidad Nacional de Chonnam en Corea descubrieron y desarrollaron un nuevo fósforo que evita estos problemas. Está hecho principalmente de elementos abundantes en la tierra; puede fabricarse utilizando métodos industriales; y produce LED que producen más coloresvívida y precisa.
El nuevo fósforo, hecho de los elementos estroncio, litio, aluminio y oxígeno una combinación denominada "SLAO", se descubrió utilizando un enfoque computacional sistemático y de alto rendimiento desarrollado en el laboratorio de Shyue Ping Ong, una nanoingenieríaprofesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de California en San Diego Jacobs e investigador principal líder del estudio. El equipo de Ong utilizó supercomputadoras para predecir SLAO, que es el primer material conocido hecho de los elementos estroncio, litio, aluminio y oxígeno. Los cálculos también predijeron que este materialsea estable y funcione bien como un fósforo LED. Por ejemplo, se pronostica que absorberá la luz en la región cercana a los rayos UV y azul y tendrá una alta fotoluminiscencia, que es la capacidad del material para emitir luz cuando es excitado por una fuente de luz de mayor energía.
Los investigadores en el laboratorio de Joanna McKittrick, profesora de ciencias de los materiales en la Escuela de Ingeniería Jacobs, descubrieron la receta necesaria para hacer el nuevo fósforo. También confirmaron las propiedades de absorción y emisión de luz pronosticadas por el fósforo en el laboratorio.
Un equipo dirigido por el profesor de ciencia de materiales Won Bin Im de la Universidad Nacional de Chonnam en Corea optimizó la receta de fósforo para la fabricación industrial y construyó prototipos de LED blanco con el nuevo fósforo. Evaluaron los LED utilizando el Índice de representación de color CRI, una escalaeso califica de 0 a 100 cómo aparecen los colores precisos bajo una fuente de luz. Muchos LED comerciales tienen valores CRI de alrededor de 80. Los LED fabricados con el nuevo fósforo produjeron valores CRI superiores a 90.
La búsqueda computacional de un nuevo material
Gracias al enfoque computacional desarrollado por el equipo de Ong, el descubrimiento del fósforo tomó solo tres meses, un período de tiempo corto en comparación con los años de experimentos de prueba y error que generalmente se requieren para descubrir un nuevo material.
"Los cálculos son rápidos, escalables y baratos. Usando computadoras, podemos examinar rápidamente miles de materiales y predecir candidatos para nuevos materiales que aún no se han descubierto", dijo Ong.
Ong, que dirige el Laboratorio Virtual de Materiales y es miembro de la facultad en el Centro de Energía y Energía Sostenible en UC San Diego, utiliza una combinación de cálculos de alto rendimiento y aprendizaje automático para descubrir materiales de próxima generación para aplicaciones de energía, incluidas las baterías, celdas de combustible y LED. Los cálculos se realizaron utilizando el Entorno de Descubrimiento de Ciencia e Ingeniería Extremas de la Fundación Nacional de Ciencias en el Centro de Supercomputadoras de San Diego.
En este estudio, el equipo de Ong compiló primero una lista de los elementos más frecuentes en los materiales de fósforo conocidos. Para sorpresa de los investigadores, encontraron que no hay materiales conocidos que contengan una combinación de estroncio, litio, aluminio y oxígeno, queson cuatro elementos de fósforo comunes. Utilizando un algoritmo de minería de datos, crearon nuevos candidatos de fósforo que contienen estos elementos y realizaron una serie de cálculos de primeros principios para predecir cuál funcionaría bien como fósforo. De los 918 candidatos, SLAO surgió como el material líderSe predijo que sería estable y exhibiría excelentes propiedades de fotoluminiscencia.
"No solo es notable que hayamos podido predecir un nuevo compuesto de fósforo, sino uno que sea estable y pueda sintetizarse en el laboratorio", dijo Zhenbin Wang, un candidato a doctorado en nanoingeniería en el grupo de investigación de Ong y co-primer autor del estudio.
La principal limitación del fósforo es su eficiencia cuántica menos que ideal - cuán eficientemente convierte la luz entrante en luz de un color diferente - de alrededor del 32 por ciento. Sin embargo, los investigadores señalan que retiene más del 88 por ciento de su emisión en condiciones típicasTemperaturas de funcionamiento de los LED. En los LED comerciales, generalmente hay un compromiso con la calidad del color, señaló Ong. "Pero queremos lo mejor de ambos mundos. Hemos logrado una excelente calidad del color. Ahora estamos trabajando en la optimización del material para mejorar la eficiencia cuántica".Dijo Ong.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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