Trwają badania nad pierwszą na świecie protonową diodą LED

• Zespół naukowców z Wydziału Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, kierowany przez prof. Jerzego Langera, stworzył rok temu pierwszą na świecie protonową diodę LED.
• 20 lutego 2021 r. ukazała się nowa publikacja na ten temat w prestiżowym czasopiśmie Journal of Materials Chemistry C.
• W wyniku prowadzonych doświadczeń układ zmodyfikowano zastępując organiczne polimery materiałami nieorganicznymi.

Protonowa dioda LED działa w środowisku wodnym

Rezultatem wieloletnich badań prowadzonych w laboratorium prof. dr hab. Jerzego J. Langera, była koncepcja półprzewodników protonowych, w których woda jest traktowana jako półprzewodnik samoistny. Półprzewodnik ten można „domieszkować” kwasem lub zasadą, tworząc protonowe złącze p-n. Doprowadziło to do skonstruowania najpierw prostowników protonowych (także w skali nanometrycznej), a następnie – prezentowanej rok temu – protonowej diody LED.

Jak działa protonowa dioda LED?

Pierwsza na świecie protonowa dioda działa na podobnej zasadzie, jak tradycyjne ledy, które są zbudowane z półprzewodników i emitują światło w wyniku przepływu elektronów przez złącze p-n. Tutaj zamiast tradycyjnych półprzewodników typu n i p, mamy odpowiednio „domieszkowaną” wodę, w której rolę elektronów pełnią protony H+, a „dziur” – grupy hydroksylowe -OH.

W wodzie wytworzona zostaje bariera potencjału między obszarem zakwaszonym, gdzie jest więcej protonów i drugim – o odczynie alkalicznym, gdzie jest ich mało (protonowe złącze p-n). Na granicy kontaktu między tymi dwoma “rodzajami wody” następuje świecenie podczas przepływu prądu elektrycznego przez złącze p-n (tutaj – prądu protonów, generowanych w reakcji elektrochemicznej na elektrodzie metalowej poza obszarem złącza). Jednym słowem, gdy duża ilość protonów po jednej stronie spotyka się z grupami hydroksylowym, po drugiej następuje ich rekombinacja, powstają cząsteczki wody i wydziela się energia – tutaj w postaci światła.

Zobacz także: Działanie protonowej diody LED

Efekty prac nad diodą

Naukowcy cały czas kontynuują badania nad diodą. Ostatnio, chemicy zastąpili organiczne polimery, które zapewniają mechaniczną stabilność układu, materiałami nieorganicznymi: żelem krzemionkowym i tlenkiem glinu, które są bardziej odporne na temperaturę i nie przewodzą prądu elektronowego. Umożliwia to generowanie intensywnych impulsów światła. Jednocześnie, zaobserwowano unikatowe cechy promieniowania, przypisane nieliniowym zjawiskom optycznym – światło w znacznym stopniu emitowane jest kierunkowo, „białe”, lecz z widocznym udziałem wymuszonego efektu Ramana (SRS).
Unikatowe wyniki opisane zostały w artykule opublikowanym właśnie w Journal of Materials Chemistry C. Niestety prace te, podobnie jak wcześniejsze w zakresie protoniki, nie uzyskały wsparcia finansowego z NCN.

Badania mają charakter podstawowy, trudno więc mówić o praktycznym zastosowaniu odkrycia grupy prof. Langera w obecnej formie. Po modyfikacji układu i zoptymalizowaniu działania urządzenie mogłoby być wykorzystane jako (nieznane wcześniej) źródło światła. Co ciekawe, protonowa dioda LED sama z siebie emituje białe światło o słonecznym odcieniu, w przeciwieństwie do diod tradycyjnych, gdzie taki efekt uzyskuje się zwykle dzięki złożeniom barw: zielonej, czerwonej i niebieskiej, pochodzących np. z emisji trzech diod LED  lub trzech luminoforów pobudzonych jedną LED.

Zobacz także: Przemysł oświetleniowy w Polsce

RE na podstawie materiałów UAM

Zamów prenumeratę Rynku Elektrycznego Przejdź do formularza