ENGINEERINGNET -- Deze verlichting zou wit licht van hoge kwaliteit gaan produceren. Een van de slechts weinige alternatieve technologieën waarbij puur wit licht wordt geproduceerd is de wit-licht-kwamtumdot.
Deze kwantumdots zijn ultrakleine fluorescerende bolletjes cadmiumselenide, die het blauwe licht dat wordt geproduceerd door een led kunnen omzetten in een warm wit licht met een spectrum dat overeen komt met dat van de gloeilamp.
Dit in tegenstelling tot spaarlampen of de meeste witte led's, die een combinatie van monochrome kleuren uitstralen om wit licht te simuleren.
Zeven jaar geleden, toen wit-licht kwantumdots toevallig werden ontdekt in een chemielab van Vanderbilt University, was hun rendement te laag voor commercieel gebruik en verschillende deskundigen voorspelden dat het onmogelijk zou zijn om dit tot een praktisch bruikbaar niveau te verhogen.
Maar nu hebben medewerkers van diezelfde universiteit het tegendeel bewezen: zij melden dat ze met succes het fluorescentierendement van deze nanokristallen hebben verhoogd van de oorspronkelijke 3% tot naar liefst 45%.
"Vijfenveertig procent is even hoog als sommige commerciële fosforen, dus het lijkt erop dat wit-licht kwantumdots nu kunnen worden gebruikt in bepaalde speciale verlichtingstoepassingen", zegt Sandra Rosenthal, die het onderzoek leidde. "Omdat we het rendement al meer dan 10 procent konden verhogen, denken we dat er nog verbetering mogelijk is."
Een algemene maat voor het rendement van verlichting gaat uit van de hoeveelheid zichtbaar licht (lumen) die een bron per watt produceert.
Een gloeilamp geeft ongeveer 15 lumen/watt, terwijl fluorescentiebuizen komen tot 100 lumen/watt. De witte led's die nu op de markt zijn halen 28 tot 93 lumen/watt.
"We hebben uitgerekend dat, als je onze verbeterde kwantumdots combineert met de efficiëntste ultraviolet led, dit hybride product een rendement zou hebben van ongeveer 40 lumen/watt"m meldt medeonderzoeker en assistent-professor chemie, James McBride.
"Er is ook nog volop ruimte om het rendement van UV-led's te verbeteren en dat zou zich direct vertalen in een verbetering van de hybride lichtbron."
Kwantumdots zijn ontdekt in 1980. Het zijn bolletjes halfgeleidermateriaal die zo klein zijn dat ze unieke elektronische eigenschappen hebben, tussen die van bulk halfgeleiders en individuele moleculen.
Een van de nuttige eigenschappen is de fluorescentie in verschillende kleuren, die afhankelijk zijn van de grootte van de deeltjes. Bij afnemende grootte van het nanokristal, verschuift het uitgestraalde licht van rood naar blauw.
De ontdekking op Vanderbilt was dat ultra-kleine kwantumdots met slechts 60 tot 70 atomen wit in plaats van monochroom licht uitstralen.
"Deze kwantumdots zijn zo kleine dat bijna alle atomen zich aan het oppervlak bevinden, dus de emissie van wit licht is intrinsiek een oppervlaktefenomeen,", zegt Rosenthal.
Op het spoor gezet door onderzoek aan de University of North Carolina, probeerden de wetenschappers of het behandelen van de kwantumdots met metaalzouten zou leiden tot een rendementsverbetering.
Ze ontdekten dat een paar zouten een kleine maar duidelijke verbetering van 10 tot 20% gaven.
"Dat waren zouten en ze roken een beetje naar azijnzuur", zegt McBride. "We wisten dat azijnzuur bindt aan de kwantumdots, dus we waagden een poging".
De keuze om de ‘neus te volgen' bleek een gelukkige. De behandeling met azijnzuur gaf het fluorescentierendement van de kwantumdots een boost van 8% naar 20%.
Azijnzuur is lid van de familie van koolstofcyclische zuren, dus het lag voor de hand om andere leden van die familie te proberen. Ze ontdekten dat de simpelste, mierenzuur, het beste resultaat gaf: het rendement liep op tot 45%.
De verbetering van de helderheid had een onverwacht neveneffect: die piek van de kwantumdot in het kleurenspectrum verschoof ietsjes naar het blauw.
Dat is ironisch, omdat de belangrijkste klacht over witte led's juist is dat het licht een onprettige blauwe kleur heeft. Maar de onderzoekers stelen dat zij weten hoe ze de kleurbalans van het versterkte licht moeten herstellen.
(GL) (bron en foto:Engineers Online)
Op de foto: lnks zijn de originele wit-licht kwantumdots te zien en recht de verbeterde uitvoering.
