Itin efektyviai veikiantys šviesos diodai (angl. light-emitting diode, LED) galėtų gerokai sumažinti pasaulyje suvartojamos elektros energijos kiekį, tačiau platesnę jų plėtrą rinkoje vis dar stabdo kelios kliūtys. Pirma, didoka kaina, susidaranti dėl riboto retų medžiagų, būtinų diodų gamybai, pasiūlos. Antra, technologiniai sunkumai siekiant išgauti pageidaujamos kokybės šviesą. Laimei, mokslininkai nesėdi sudėję rankų, tad mus gali pradžiuginti geromis naujienomis.
„Jeigu JAV žmonės naudotų daugiau šviesos diodų namuose ir ofisuose, šalies elektros energijos sąnaudos galėtų sumažėti dvigubai, – pasakoja Rutgerso universiteto (JAV) mokslininkų grupės, vadovaujamos Jingos Li (Jing Li), narys Žičao Hu (Zhichao Hu). – Tyrimai rodo, jog kiekviename JAV namų ūkyje vieną įprastinę kaitinamąją lemputę pakeitus šviesos diodu būtų galima sutaupyti 700 milijonų dolerių kasmet.“
Tam, kad būtų išgauta vartotojo akiai maloni šiltai balta spalva, šviesos diode mėlyną spalvą spinduliuojantis puslaidininkinis lustas yra apgaubiamas geltonai švytinčia liuminoforo danga, kuri ir nulemia baltą šviesą. Pats diodas baltai nešviečia. Liuminoforas savo ruožtu yra gaminamas iš medžiagų, pavyzdžiui, ceriu legiruoto itrio aliuminio granato, kurių sudėtyje yra retųjų žemės elementų. Šie elementai yra brangūs, ribotos pasiūlos, daugiausia išgaunami už JAV ribų, be to, jų spinduliuojama šviesa dažnai yra šalta ir ne itin maloni akiai.
Li vadovaujama mokslininkų komanda tobulina hibridines liuminoforo pagrindo technologijas, kurios yra žymiai efektyvesnės, pigesnės ir draugiškesnės aplinkai už senąsias. Tyrėjai tarpusavyje derina įprastinius gausiai aptinkamus metalus su organinėmis liuminescencinėmis molekulėmis, kad sukurtų liuminoforus, spinduliuojančius reguliuojamą baltą šviesą. Keisdami metališkuosius ir organinius komponentus, mokslininkai gali sistemiškai atrinkti liuminoforo skleidžiamą spalvą, kuri yra maloniausia žmogaus akiai. Rutgerso universiteto komanda toliau eksperimentuoja ir išbando įvairius liuminoforus, sudarytus iš skirtingų metalų ir organinių junginių.
Kadangi egzistuoja daugybė galimų kombinacijų, tyrėjai iš pradžių atlieka kompiuterinį modeliavimą ir nustato, kokia spalva turėtų pasižymėti pasirinktų komponentų rinkinys. Tuomet viskas patikrinama eksperimentiškai.
Sugalvotasis metodas leidžia sistemiškai koreguoti medžiagų savybes, pavyzdžiui, draudžiamosios energijos tarpą, todėl šviesos diodai gali spinduliuoti šiltesnę baltą šviesą, labai primenančią standartinę kaitinamąją lemputę. Be to, jis pritaikomas ir kitose su apšvietimu sietinose srityse.
„Vienas iš didžiausių sunkumų, su kuriuo susidūrėme, buvo išsiaiškinti, kokios yra tinkamos sąlygos, kad junginį pavyktų susintetinti, – pažymi Ž. Hu. – Kaip ir ruošiant maistą, sintezei reikalingas receptas. Labai dažnai paprastas komponentų sumaišymas nieko gero neduos. Mes optimizavome reakcijos sąlygas – temperatūrą bei tirpiklio įmaišymą – ir sukūrėme nesudėtingą procedūrą, užtikrinančią aukštą junginio išeigą.“
Eksperimentai su kai kuriomis medžiagomis atskleidė, jog minėtosios mokslininkų komandos plėtojama technologija gali sumažinti šviesos diodų gamybos kaštus apie 90 procentų, jeigu lyginsime su dabartiniais metodais, kurių pagrindas – retieji žemės elementai. Tyrėjai jau turi kelis patentus ir ieško galimybių pradėti gamybą.
Šviesos diodas, padengtas geltonu liuminoforu, kairėje yra išjungtas, o dešinėje įjungtas. Toks aplinkai draugiškas gaminys yra nebrangus ir skleidžia šiltai baltą šviesą.