De universiteit van Innsbruck is erin geslaagd een nieuwe rode fosfor te ontwikkelen die het rendement van LED-verlichting verhoogt. Met dit nieuw ontwikkelde SALON-fosfor is het nu mogelijk om de lichtemissie van rood naar blauw te verschuiven om zo een warme oranje uitstralende lichtbron te verkrijgen.
Light-emitting diodes of LED’s kunnen alleen licht in een bepaalde kleur produceren. Bij wit licht is dat anders. Dat bestaat uit verschillende kleuren en daarvoor is een speciaal mengproces van kleuren nodig. Bij witte LED-verlichting worden rode en geel-groene fosfor gestimuleerd door het licht van een blauwe diode. De deeltjes stralen het bijbehorende licht uit in het rode en groene gebied. In combinatie met blauw licht produceren ze wit licht, legt Hubert Huppertz van het Instituut voor Algemene, Anorganische en Theoretische Chemie van de Universiteit van Innsbruck uit.
RODE FOSFOR
Het nadeel van de klassieke witte LED’s ligt in hun lage rendement. Dit komt door een beperking van het menselijk oog. Dit neemt met name groen bijzonder goed waar, maar blauw en rood minder goed. Huppertz en zijn team zijn er nu in geslaagd om nieuwe rode fosfor te ontwikkelen die goed wordt waargenomen door het oog. Het fosfor verhoogt het lichtrendement van witte LED’s met ongeveer één zesde en verbetert de energie-efficiëntie van de verlichtingssystemen aanzienlijk. De innovatie is gebaseerd op rode fosfor, dat aan alle eisen voor de optische eigenschappen van een fosfor voldoet. Gebaseerd op de formule Sr[Li2Al2O2N2]:Eu2+, noemden de onderzoekers het SALON.
VERDERE ONTWIKKELING
De ontwikkeling gaat terug tot Huppertz’s promotie-onderzoek, dat hij voltooide aan de Universiteit van Bayreuth. In die tijd ontwikkelde hij nitriden gedoteerd met europium, die fluoresceren. Europium is een zeldzaam aardmetaal. Verder geoptimaliseerd door de voormalige onderzoeksgroep, worden de fluorescerende nitriden nu op grote schaal gebruikt.
De kleurstoffen van rode fosfor zijn medeverantwoordelijk voor het feit dat LED’s niet meer koud wit schijnen, maar ook warm wit gloeien. Maar zelfs deze rode kleurstoffen zijn niet duidelijk waarneembaar voor het menselijk oog. Hoewel ze in het zichtbare bereik rood licht uitstralen, gaat een groot deel van de energie naar het infraroodbereik. Het menselijk oog neemt dat niet waar.
“Met SALON hebben we minder energieverlies, het straalt precies in het rode gebied dat we kunnen zien.” Hubert Huppertz
KRISTALSTRUCTUUR
Het was moeilijk om de synthese te optimaliseren, zo meldt het onderzoeksteam. Aanvankelijk waren er slechts enkele zeer kleine deeltjes beschikbaar in een inhomogeen monster. Tenslotte was het mogelijk om een kristal te isoleren uit één van de meest veelbelovende syntheseproducten en zo de structuur van het nieuwe materiaal te bepalen.
Om het nieuwe materiaal verder te karakteriseren, werkten de onderzoekers samen met de industriële partner OSRAM Opto Semiconductors, het Fraunhofer Instituut voor Microstructuur van Materialen en Systemen IMWS en de onderzoeksgroep onder leiding van Dirk Johrendt aan de Ludwig Maximilian Universiteit in München. De innovatie is al geregistreerd voor patent.
Klik hier voor het wetenschappelijke artikel:
Sr[Li2Al2O2N2]:Eu2+ – A high performance red phosphor to brighten the future. Gregor J. Hoerder, Markus Seibald, Dominik Baumann, Thorsten Schröder, Simon Peschke, Philipp C. Schmid, Tobias Tyborski, Philipp Pust, Ion Stoll, Michael Bergler, Christian Patzig, Stephan Reißaus, Michael Krause, Lutz Berthold, Thomas Höche, Dirk Johrendt & Hubert Huppertz. Nature Communications 10, 1824 (2019)
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
