پژوهشگران MIT با همکاری محققان سامسونگ، موفق به کشف روشی ساده اما انقلابی برای افزایش طول عمر نوع خاصی از دیودهای ساطعکننده نور در نمایشگرهای QD-LED شدهاند. این دیودها که از نقاط کوانتومی درخشان ساخته میشوند، میتوانند مصرف انرژی نمایشگرها را بسیار پایینتر بیاورند و رنگهایی به مراتب غنیتر و درخشانتر تولید کنند.
ازجمله مهمترین کاربردهای فناوری پیشرفته پژوهشگران MIT و سامسونگ میتوان به تلویزیونهای صفحه تخت نسل آینده با کیفیت تصویر بسیار بالا، هدستهای واقعیت افزوده و واقعیت مجازی با وضوح بالا، صفحهنمایش گوشی با مصرف باتری بسیار اندک، دستگاههای پیشرفته تصویربرداری پزشکی و همچنین سطوح نورپردازی محیطی با مساحت بزرگ و ضخامت در حد یک ورق کاغذ اشاره کرد.
در نمایشگرهای LED سنتی، هزاران لامپ کوچک برای تولید رنگهای قرمز، سبز و آبی استفاده میشوند. نمایشگرهای پیشرفتهتر OLED از مولکولهای آلی درخشان برای این کار بهره میبرند، اما فناوری QD-LED قصد دارد نقاط کوانتومی را جایگزین این مولکولهای آلی کند تا نوری خالصتر و با مصرف انرژی کمتر تولید شود. تاکنون مشکل اصلی اینجا بود که محدودیتهای شدید در طول عمر مفید این دیودهای نوری، مانع از استفاده گسترده آنها در محصولات تجاری شده است.
با وجود این مزیتها، دیودهای نوری کوانتومی هنوز تجاریسازی نشدهاند؛ دلیل اصلی این ناکامی، طول عمر بسیار کوتاه دیودهای کوانتومی تولیدکننده رنگ آبی است. محققان توضیح میدهند که دیودهای کوانتومی آبی بین ۵۰ تا ۱۰۰ برابر ناپایدارتر از همتایان قرمز و سبز خود هستند. اگر از این فناوری در تلویزیون استفاده شود، دستگاه شما احتمالاً فقط پس از چند ماه از کار میافتد.
محققان برای درک دلیل خرابی زودهنگام رنگ آبی، یک تکنیک جدید ابداع کردند. آنها یک دیود نوری کوانتومی را به برشهای بسیار نازک نانومتری تقسیم و سطح مقطع آن را در آزمایشگاههای پیشرفته بررسی کردند. این روش دقیق به آنها امکانی داد تا ببینند در مقیاس نانو و در میان لایههای فوقنازک درون این دیودها چه اتفاقی رخ میدهد.
بررسیها نشان داد که در طول زمان کارکرد، سه لایه اصلی که باعث درخشش دیودهای آبی میشوند، بسیار تخریب میشود و ضخامت آنها کاهش مییابد. در این فرایند، نقاط کوانتومی مجزا به یکدیگر میچسبند و شکل طبیعی خود را از دست میدهند. محققان دریافتند که این نازکشدن و تغییر شکل لایهها، تا حدی بهدلیل آزادشدن اکسیژن و هیدروژن اضافی در حین کارکرد دستگاه است.
محققان میگویند هنوز منبع دقیق این عناصر اضافی مشخص نیست، اما حضور هیدروژن و اکسیژن اضافی در دستگاه مخرب است. پژوهشگران برای جلوگیری از این روند فرسایشی، به سراغ یک تکنیک صنعتی رفتند و دیودهای نوری کوانتومی را درون لایهای از یک رزین مبتنیبر اکریلات محصور یا در اصطلاح کپسوله کردند.
نتیجه این کار شگفتانگیز بود؛ این تکنیک کپسولهسازی نه تنها جلوی انتشار هیدروژن و اکسیژن را گرفت، بلکه مانع از تخریب فیزیکی لایههای دیود آبی شد. این راهکار کپسولهسازی که روشی مقرونبهصرفه و مقیاسپذیر برای تولید انبوه است، باعث بهبود هشت برابری طول عمر در دیودهای کوانتومی قرمز و افزایش خیرهکننده ۵ هزار برابری در طول عمر دیودهای کوانتومی آبی شد.
یافتههای این پژوهش در ژورنال Science Advances منتشر شده است.
