Nanomaterial Fotoluminesensial Nontoksik Menyediakan LED Putih Kualitas Warna Tinggi

Latar Belakang

LED telah mendapat perhatian yang besar karena properti umur panjang, efisiensi tinggi, dan hemat energi yang menjadikannya kandidat terbaik untuk pencahayaan padat. LED putih berbasis chip GaN (WLED) telah menunjukkan perbaikan besar dalam efisiensi karena kemajuan pembuatan [1,2,3]. Teknologi titik kuantum (QD) berbasis nitrid GaN telah menjadi sangat cocok untuk berbagai aplikasi seperti layar, pencahayaan LED, dan pemlabelan biomedis. Khususnya, banyak studi telah menunjukkan penggunaan yang luar biasa QD dalam pembuatan LED putih [4,5,6]. Ciri khas QD, seperti garis emisi sempit, rendemen kuantum tinggi, dan bandgap yang dapat disesuaikan bergantung pada ukuran, membuatnya kandidat yang unggul untuk teknologi LED [7,8,9,10,11]. QD semiconductor II–VI yang paling umum, seperti inti senyawa kadmium dan selenium (misalnya, CdZnS, CdSe, CdZnSe, dan ZnSe) dengan satu atau lebih lapis berdasarkan LED, memiliki efisiensi luminesensi tinggi [12]. Namun, biaya sintesis yang tinggi dan toksisitas logam berat dari bahan QD ini menghambat produksi skala besar dan menimbulkan kekhawatir tentang polusi lingkungan [13]. Bahan alternatif berdasarkan silikon (Si) dan karbon, seperti grafit, lebih disukai karena nontoksik dan ramah lingkungan bagi manusia. Lebih lanjut, QD yang disatukan Si menunjukkan emisi cahaya yang signifikan dengan efisiensi fotoluminesensi (PL) tinggi di bawah konfinement kuat [14,15,16,17,18].

Titik kuantum oksida grafit (GQD) memiliki domain sp2 sebagai perantara mobilitas transportasi serta karbon terhibridisasi sp3 dan atom oksigen yang tidak teratur. Oleh karena itu, panjang gelombang emisi dapat diubah dari biru ke hijau karena adanya keadaan tepi yang mengandung oksigen [19,20,21,22]. Emisi fluoresen yang dapat disesuaikan QD dapat dimanfaatkan untuk aplikasi dalam perangkat seperti LED, dioda fotodioda, detektor foto, bioimaging, dan sel fotovoltaik [23,24,25]. Selain fungsionalisasi oksigen GQD, dopping nitrogen dapat menghasilkan emisi stabil melalui pembentukan ikatan kovalen dengan karbon sp2 dalam rantai aromatik. GQD yang di-dop nitrogen yang menunjukkan konduktivitas tipe p dan n, sebagaimana dikonfirmasi melalui analisis Mott–Schottky elektrokimia, telah dikembangkan [26]. Pendekatan utama untuk sintesis GQD dapat diklasifikasikan sebagai teknik top-down atau bottom-up. Dibandingkan dengan pendekatan bottom-up, pendekatan top-down untuk produksi GQD lebih disukai untuk produksi massal karena tidak memerlukan langkah pemurnian yang memakan waktu untuk menghapus molekul prekursor yang tidak bereaksi. Namun, pendekatan top-down menghasilkan rendemen kuantum yang lebih rendah (kurang dari 50%) dari GQD dibandingkan pendekatan bottom-up [27, 28]. Akibatnya, berbagai optimasi diperlukan dalam proses pembuatan GQD top-down seperti kontrol ukuran, dopping kimia, atau modifikasi permukaan. Studi saat ini menunjukkan metode GQD yang di-dop nitrogen untuk memperbaiki cacat yang terjadi selama proses top-down. Beberapa fungsionalitas nitrogen yang memberikan elektron dapat disisipkan ke dalam GQD dan perawatan hidrotermal dengan NH₃ untuk menghindari pembentukan grup yang mengandung karbon yang mungkin menyusahkan analisis fungsionalitas nitrogen [29].

Dalam studi ini, studi PL LED nontoksik berbasis QD telah ditunjukkan dengan menggunakan GQD dan titik kuantum Si porous (P-Si). LED QD berbasis PL menawarkan pendekatan pembuatan yang hemat biaya dan sederhana dibandingkan LED QD elektroluminesensi (EL) [30, 31]. GQD yang di-dop nitrogen digunakan untuk memproduksi LED putih netral nontoksik. Namun, sebagian besar GQD memancarkan cahaya panjang gelombang pendek (biru dan hijau) di bawah eksitasi UV. Ini adalah akibat efek konfinement kuat (< 10 nm) yang normal terhadap bidang grafit dan menggeser emisi ke panjang gelombang yang lebih panjang dengan menyesuaikan ukuran kristal grafit adalah sulit [32]. Oleh karena itu, titik kuantum Si ditanam pada permukaan nanopartikel P-Si, yang cacatnya menghasilkan fluoresens [33]. Kristal nano P-Si dapat menunjukkan emisi panjang gelombang untuk mengisi kehadiran panjang gelombang panjang dalam spektrum emisi GQD, sehingga dapat menghasilkan cahaya putih hangat. Menurut survei literatur, kelompok L. T. Canham berkontribusi besar pada penyelidikan lapisan Si mesopor dengan porositas tinggi untuk PL terlihat (merah) pada suhu kamar [34]. Pembuatan titik kuantum P-Si dapat dikategorikan menjadi dua pendekatan, bottom-up dan top-down, mirip dengan proses pembuatan GQD. Studi ini memilih pendekatan top-down untuk memproduksi titik kuantum P-Si karena cocok untuk produksi massal. Akhirnya, dua jenis struktur perangkat LED putih netral dan hangat diproduksi menggunakan proses paket dispensing dan tipe cair yang menunjukkan nilai CRI dan efisiensi luminesensi yang luar biasa dan juga menghasilkan [34,35,36].

Metode dan Bahan

Sintesis GQD yang Di-dop Nitrogen

Pertama, lembar oksida grafit (GO) disiapkan dengan menggunakan bubuk grafit alami (SP-1, Bay Carbon, AS) melalui metode Hummers yang dapat dijelaskan sebagai berikut [36]: 5 g bubuk grafit, NaNO₃, dan KMnO₄ dicampur dalam rasio 2:1:3 dalam 150 mL H₂SO₄ 18 M dan suhu campuran dipertahankan di bawah 20 °C. Grafit dioksidasi melalui pengadukan berkelanjutan campuran pada 35 °C selama 4 jam, setelah itu 230 mL air ditambahkan perlahan dengan pengadukan pada 98 °C selama 15 menit. Selanjutnya, 12 mL H₂O₂ ditambahkan ke dalam campuran dengan pengadukan berkelanjutan pada suhu kamar, dan produk dicuci beberapa kali untuk mendapatkan lembar GO. Lembar GO yang didapat kemudian di-dop nitrogen dengan dioksidasi dalam 30 mL NH₃ (konsentrasi 60%) pada 500 °C selama 12 jam. Kemudian, campuran yang dihasilkan diaduk ultrasonik selama 10 jam, dan disimpan pada 140 °C untuk menghapus sisa HNO₃. Produk akhir dispersi dalam air deionisasi dan dikentangrif untuk mengendapkan endapan. Akibatnya, kami mendapatkan suspensi titik kuantum oksida grafit yang di-dop nitrogen (NGOD) [37]. Suspensi ini diayirkan menggunakan tabung sentrifugal (VS20S01 dan VS15RH91, Satorius, Jerman) untuk mendapatkan GQD. Tabung sentrifugal dilengkapi dengan filter polietersulfon dengan bobot molekul putus 30, 10, dan 3 kDa untuk menghasilkan GQD3, GQD2, dan GQD1, masing-masing. Suspensi GQD dilewatkan melalui membran yang disusun dalam urutan ukuran pori yang mengecil dan dikumpulkan pada tahap berurutan untuk mendapatkan GQD dengan ukuran yang bervariasi.

Pembuatan Nanopartikel Titik Kuantum P-Si

Nanopartikel titik kuantum P-Si koloid yang dispersi dalam asetat etil disintesis seperti yang dijelaskan dalam studi kami yang baru saja diterbitkan [36,37,38]. Pertama, wafer Si tipe p 6 inci diukir secara elektrokimia untuk menghasilkan lapisan P-Si, di mana kluster titik kuantum P-Si berukuran nano (< 5 nm) ditempelkan pada inti Si berukuran mikro (1–10 μm). Wafer Si dirawat dengan HF yang diencerkan dan segera direndam dalam 1-Undecen-1-ol (UDA) tanpa oksigen untuk menyelesaikan reaksi hidrosilidasi fotokimia di mana ikatan ganda tak terpuas terminal UDA bereaksi dengan hidride Si (Si-H), menghasilkan passivasi karboksilat Si-C pada titik kuantum P-Si. Selanjutnya, lapisan P-Si dihancurkan secara mekanis, dan serbuk Si yang dihasilkan dispersi dalam alkohol isopropil untuk ball milling energi tinggi. Koloid yang dipulih dari milling secara selektif diukir dengan eten air yang terdiri dari HNO₃ dan HF untuk mengusir inti Si bulk yang nonradiatif yang dicap oleh oksida Si sementara sebagian besar melestarikan titik kuantum P-Si PL dengan passivasi karboksilat Si-C. Langkah ini menghasilkan sekitar 25 mg per wafer nanopartikel titik kuantum P-Si yang memancarkan cahaya merah dengan ujung hidroksil (titik kuantum Si sebenarnya sekitar 10 nm, sekitar 40 nm hingga 500 nm diameter) dengan monodispersi tinggi dan efisiensi kuantum PL tinggi (45–55%). Akhirnya, grup hidroksil nanopartikel titik kuantum P-Si diaktifkan menggunakan klorida p-toluenosulfonil dan kemudian bereaksi substitusi dengan 2,2′-(etilendioksida)diethanotiol untuk menghasilkan nanopartikel titik kuantum P-Si yang diakhiri tiona. Nanopartikel titik kuantum P-Si yang dihasilkan membentuk suspensi yang seragam dan stabil dalam asetat etil, yang digunakan untuk karakterisasi optik [38].

Pembuatan Perangkat

Dua jenis struktur tuan rumah, yaitu struktur dispensing dan struktur tipe cair, digunakan untuk memproduksi LED putih GQD dan GQD/titik kuantum P-Si. Struktur yang diproduksi dipompa oleh UV (365 nm) 45-mm. Pertama, nitrogen-doped GQD (wt% dalam air) dengan emisi berbeda—biru, teal, dan chartreuse—disiapkan dan dinotasikan sebagai GQD1, GQD2, dan GQD3, masing-masing. Kemudian, GQD1, GQD2, dan GQD3 dicampur dalam berbagai rasio (misalnya, 4:1:2) untuk menentukan komposisi optimal untuk mendapatkan emisi putih netral; LED yang disiapkan menggunakan larutan GQD dan paket dispensing 5070 digunakan sebagai referensi. Titik kuantum P-Si disiapkan dan dicampur dengan GQD1, GQD2, dan GQD3 (GQD1:GQD2:GQD3: titik kuantum P-Si = 4:1:2:10) untuk memproduksi LED putih sebagai sumber cahaya putih hangat. Studi kami sebelumnya mengonfirmasi bahwa struktur tipe cair lebih menguntungkan daripada struktur konvensional [35]. Dalam studi ini, kami merancang struktur tipe cair baru untuk memproduksi LED putih GQD dan GQD/titik kuantum P-Si. LED putih tipe cair GQD netral diproduksi sebagai berikut: Pertama, kami menggunakan cincin kaca tinggi 2,5 mm dengan diameter luar dan dalam masing-masing 8 mm dan 6 mm. Setelah itu, kami membuat lubang kecil pada permukaan atas cincin kaca. Akhirnya, kotak kaca dirangka dengan menumpuk dua plate kaca tipis dengan cincin kaca di tengah (Gambar 1a). Ruang di dalam kotak kaca dikosongkan untuk mendorong aliran udara. Akhirnya, larutan titik kuantum GQD/P-Si diinjeksi ke dalam kotak kaca untuk menghasilkan paket tipe cair. Titik kuantum diinjeksi melalui lubang kaca dan ditutup kembali dengan plate kaca. Paket QD tipe cair ditempatkan di atas paket LED UV 5070 (5 mm × 7 mm), dan panjang gelombang emisi adalah 365 nm. Kurva spektrum LIV menunjukkan bahwa tegangan nyala sekitar 3 V seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4c. Untuk pembuatan paket dispensing, proses konvensional LED QD dispensing diterapkan [34, 39]. Dalam kasus pendekatan paket QD dispensing, pertama-tama kami mencampur PMMA dan titik kuantum untuk menghasilkan struktur yang membeku dalam paket LED. Untuk ini, kami mengisi separuh paket dengan lem silicone untuk menjaga campuran titik kuantum dari sumber panas (chip biru) dan mencegah degradasi titik kuantum. Setelah itu, rasio volume sampel dispensing kami diambil sebagai 2:1 campuran titik kuantum/PMMA, dan kemudian slurry diispirasi untuk mengisi ruang yang tersisa dalam paket. Setelah itu struktur akhir disimpan pada 60 °C selama 2–3 menit untuk membeku, dengan cara ini, film campuran PMMA/titik kuantum telah ditetapkan dalam paket LED.

Panel atas: a (kiri) rangkaian paket kaca tipe cair yang menunjukkan titik kuantum P-Si dan nitrogen-doped GQD dan (kanan) jaringan titik kuantum P-Si dan nitrogen-doped GQD. Panel bawah: spektrum serapan (garis hitam padat), eksitasi PL (garis putus merah), dan emisi PL (garis padat) dari b GQD1, c GQD2, d GQD3, dan e titik kuantum P-Si

Hasil dan Pembahasan

Gambar 1a menunjukkan jaringan titik kuantum P-Si (panel kiri) dan nitrogen-doped GQD (panel kanan) dan paket LED QD tipe cair. Titik kuantum P-Si dengan sonde bio dapat diproduksi menggunakan metode top-down baru, contohnya meliputi pengukiran elektrokimia pada wafer Si kristal [38, 40]. Gambar 1b–e mewakili spektrum serapan, eksitasi PL, dan emisi dari GQD1, GQD2, GQD3, dan titik kuantum P-Si. Garis putus hitam dan merah menunjukkan spektrum serapan dan eksitasi titik kuantum, masing-masing. Spektrum PL titik kuantum yang diteliti mencakup sebagian besar wilayah terlihat. Nilai lebar paruh pada puncak maksimum (FWHM) GQD1, GQD2, GQD3, dan titik kuantum P-Si masing-masing sekitar 370, 325, 330, dan 250 nm. Puncak emisi yang kuat diamati pada 465 dan 488 nm untuk GQD1 dan pada 535 nm untuk GQD2 setelah eksitasi 327 nm. Puncak panjang gelombang emisi diamati pada 557 nm yang dikaitkan dengan GQD3 untuk dua puncak eksitasi kuat (311 dan 465 nm), dan puncak emisi kuat pada 606 nm dari titik kuantum P-Si diarahkan karena puncak eksitasi pada 374 nm. Dapat digambarkan dari hasil PL bahwa pompa gelombang pendek adalah sumber eksitasi yang disukai karena serapan dan eksitasi semua pemicu cahaya paling kuat di wilayah UV. Jadi, chip LED UV 365 nm dipilih sebagai sumber yang sesuai untuk mencapai efisiensi konversi yang tinggi dalam titik kuantum yang diteliti. Rendemen kuantum GQD1, GQD2, GQD3, dan titik kuantum P-Si pada eksitasi 365 nm masing-masing sekitar 1,4%, 1%, 9,1%, dan 50%. Hasil ini menunjukkan bahwa sebagian besar NP GQD adalah monolaer atau bilayer, dan titik kuantum P-Si berukuran sekitar 40–500 nm, yang mengindikasikan struktur komposit berlapis. Gambar 2a, b mewakili citra mikroskop elektron transmisi (TEM) dan TEM resolusi tinggi yang menjelaskan morfologi dan struktur kristal campuran GQD. Ukuran titik kuantum grafit ditemukan sekitar 5 nm, yang sesuai dengan jarak bidang (\( 1\overline{1}00 \)) dan jarak jaring 0,22 nm [41]. Gambar 2c adalah citra mikroskop elektron pemindai (SEM) yang menunjukkan tampilan atas partikel Si. Ukuran partikel sekitar dalam rentang 40–500 nm. Lebih lanjut, beberapa titik kuantum P-Si ditemukan sekitar 10 nm pada permukaan partikel Si.

Citra mikroskop elektron transmisi dan mikroskop elektron pemindai NPs. a Morfologi campuran titik kuantum grafit dengan ukuran partikel sekitar 5 nm yang dikarakterisasi melalui a TEM dan b TEM resolusi tinggi. c Citra SEM (tampilan atas) dari partikel silikon 40 nm–500 nm

LED yang memancarkan cahaya putih berkualitas tinggi dalam studi ini terdiri dari beberapa nanomaterial dengan puncak emisi berbeda untuk menutupi rentang warna yang luas. Untuk menyelidiki monokromatisitas bahan pemancar ini, paket LED QD tipe cair GQD1, GQD2, GQD3, dan titik kuantum P-Si dipompa menggunakan chip UV 365 nm, dan spektrum emisi mereka dicatat pada Gambar 3. Spektrum GQD1 menunjukkan puncak emisi pada 440 nm dan mencakup sebagian besar wilayah panjang gelombang biru untuk menghasilkan sinar biru seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3a. Wilayah panjang gelombang biru dalam spektrum GQD2 sedikit lebih kecil daripada GQD1. Akibatnya, GQD2 tipe cair memancarkan cahaya teal dengan puncak emisi pada 538 nm (Gambar 3b). Spektrum emisi GQD3 tipe cair memiliki puncak kuning yang kuat (550 nm), yang menyebabkan GQD3 memancarkan cahaya chartreuse seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3c. Setelah pompa UV, Gambar 3d menunjukkan bahwa paket P-Si QD tipe cair memancarkan sinar oranye dengan puncak kuat yang terletak pada 636 nm. Monokromatisitas LED QD menunjukkan panjang gelombang yang berbeda dengan perubahan yang mencolok untuk analisis PL (bandingkan dengan Gambar 1b–d). Penyebab utama dari panjang gelombang emisi yang berbeda adalah sumber pompa yang berbeda. Chip LED UV 365 nm digunakan sebagai sumber pencahayaan eksitasi; ini melibatkan panjang gelombang eksitasi 327 nm untuk GQD1 dan GQD2, panjang gelombang 311 nm untuk GQD3, dan panjang gelombang 374 nm untuk titik kuantum P-Si [42, 43]. Setelah membentuk campuran komposit, semua titik kuantum grafit dan P-Si menunjukkan spektrum lebar yang menghasilkan cahaya putih berkualitas tinggi dengan nilai CRI tinggi.

Spektrum paket LED QD tipe cair monokrom untuk a GQD1, b GQD2, c GQD3, dan d titik kuantum P-Si pada arus 60 mA

Gambar 4a, b menunjukkan spektrum LED putih PL QD tipe dispensing dan tipe cair pada 60 mA. LED QD tipe cair GQD menyediakan cahaya putih netral pada suhu warna terkorelasi (CCT) 5600 K dengan efisiensi luminesensi sekitar 20,3 lm/W; spektrum emisi terdiri dari puncak yang berpusat pada sekitar 548 nm. Perangkat LED putih tipe cair GQD/titik kuantum P-Si menyediakan cahaya putih hangat pada CCT 3900 K dan efisiensi luminesensi sekitar 19,1 lm/W dengan puncak emisi yang terletak pada 625 nm pada Gambar 4a. Sampel dispensing yang diproduksi menggunakan larutan GQD dan campuran GQD/titik kuantum P-Si menunjukkan nilai CCT 6300 dan 4300 K dan puncak emisi diperoleh pada panjang gelombang sekitar 642 nm dan 611 nm, masing-masing. Nilai efisiensi luminesensi yang diperoleh ditemukan sebesar 16,2 lm/W dan 14,5 lm/W untuk LED putih netral GQD dan LED putih hangat GQD/titik kuantum P-Si, masing-masing. Dibandingkan dengan sampel tipe cair, puncak emisi PL sampel dispensing bergeser merah karena agregasi sendiri titik kuantum, yang disebabkan oleh kehadiran larutan pengemudi [44,45,46]. Selain itu, partikel kecil agregasi menjadi partikel yang lebih besar, mempersempit transfer energi [47,48,49,50]. Di sisi lain, penggunaan campuran titik kuantum dapat menyebabkan transfer energi yang tidak disengajakan antara titik kuantum warna yang berbeda. Kualitas warna yang baik dari LED putih dapat dimodulasi oleh fenomena transfer energi, namun menyebabkan penurunan luminesensi [51]. Jika kita berharap untuk mencegah transfer energi yang tidak disengajakan, struktur samping-samping LED QD tipe cair yang diproduksi oleh cetak dapat direncanakan di masa depan, yang dirujuk dari penelitian M. K. Choi et al [52]. Kurva spektrum LIV LED putih nontoksik ditampilkan pada Gambar 4c. Output luminance maksimum LED putih sekitar 552 cd/m² pada 230 mA untuk LED putih CQD tipe cair, dan sampel dispensing memiliki nilai luminance yang lebih rendah. Tegangan nyala sekitar 3 V, dan semua sampel dipindayakan dengan daya masukan yang sama. Gambar 4d menunjukkan CRI sampel dispensing dan tipe cair GQD/titik kuantum P-Si pada nilai injeksi arus yang bervariasi dari 1 hingga 300 mA. Paket tipe cair lebih stabil dan mencegah agregasi sendiri dan bergeser merah spektrum, yang mempertahankan CRI. Kami memodifikasi rasio pencampuran titik kuantum untuk mencapai kualitas warna yang luar biasa ini. LED putih tipe cair hangat memiliki CRI yang luar biasa sebesar 95. Sampel tipe cair menunjukkan nilai CRI umum (Ra) yang lebih tinggi dibandingkan sampel dispensing. Lebih lanjut, CRI yang lebih rendah dari sampel dispensing disebabkan oleh agregasi sendiri titik kuantum dan bergeser merah spektrum sampel dispensing. Kehilangan emisi kuning dan hijau dan peningkatan emisi oranye dan merah menurunkan Ra [32]. Ketika Ra tidak menurun, penggunaan paket tipe cair dapat mempertahankan bentuk spektrum emisi. Koordinat kromatisitas CIE sampel tipe cair dan dispensing dekat dengan lokus Planckian. Nilai CRI untuk R1–R9 mengikuti tren menurun. Ini disebabkan oleh fenomena bergeser merah yang terjadi setelah proses dispensing. LED putih tipe cair GQD/titik kuantum P-Si menunjukkan R9 (88) yang luar biasa pada 3900 K. Nilai R9 yang tinggi diinginkan karena asosiasinya dengan emisi merah yang kuat, yang terkait dengan jaring organik [53]. Berdasarkan nilai CRI, dapat digambarkan dari sini bahwa sampel tipe cair lebih baik daripada sampel dispensing. Sampel dispensing memiliki nilai CRI rendah karena agregasi sendiri, penurunan intensitas, dan bergeser merah LED QD konform. Lebih lanjut, berbagai studi tentang LED titik kuantum grafit telah diterbitkan. Namun masih hanya sedikit studi yang menunjukkan nilai CRI LED QD. Oleh karena itu, dalam studi saat ini, LED putih berbasis QD diproduksi dengan nilai CRI yang luar biasa, seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1.

Spektrum PL (a) titik kuantum grafit tipe cair pada CCT 5600 K dan LED putih tipe cair GQD/ titik kuantum P-Si pada CCT 3900 K. b LED putih grafit tipe dispensing dan grafit/titik kuantum P-Si. c Kurva spektrum LIV LED putih nontoksik yang dipindayakan pada 1–300 mA. d Spektrum CRI untuk LED GQD + titik kuantum P-Si dispensing dan tipe cair yang dipindayakan pada 1–300 mA

Gambar 5 mewakili suhu permukaan rata-rata dan ketergantungan arus LED putih tipe cair dan dispensing. Suhu permukaan yang bergantung pada arus diukur sebagai suhu rata-rata atas luas permukaan perangkat, selama 2 menit, saat perangkat dipindayakan dari 1 hingga 250 mA. Dari dua struktur yang disiapkan, sampel dispensing menunjukkan efisiensi luminesensi yang lebih rendah dan suhu permukaan yang lebih tinggi; ini disebabkan oleh tangkapan panas dalam paket. Persamaan (1) digunakan untuk menghitung pembuangan panas dalam perangkat sebagai selisih antara daya listrik masukan dan intensitas cahaya yang diukur:

Suhu permukaan rata-rata dan ketergantungan arus LED putih tipe cair dan dispensing

di mana P_elec. adalah daya listrik yang disuntikkan; P_heat dan P_opt. adalah energi panas yang dihasilkan dan daya optik setelah daya masukan disuntikkan, masing-masing; I_f dan V_f adalah arus pengemudi dan tegangan maju pada kondisi operasi LED, masing-masing; Ø_v adalah flux luminesensi total; dan W_opt adalah efikasi radiasi optik (LER) LED. Alasan utama untuk perbedaan suhu permukaan paket ini adalah perbedaan koefisien konduktivitas termal: 1,05 W/mK untuk sampel tipe cair, yang terdiri dari kaca, dan 0,185–0,196 W/mK untuk sampel dispensing, yang terdiri dari PMMA. Wadah kaca sampel tipe cair memfasilitasi pembuangan panas dan sehingga memiliki efisiensi luminesensi yang tinggi. Oleh karena itu, meningkatkan karakteristik pembuangan panas sampel dapat meningkatkan output foton.

Kesimpulan

Ringkasnya, kami telah menyiapkan dua jenis struktur perangkat WLED yaitu struktur dispensing dan struktur tipe cair dengan menggunakan GQD dan GQD/titik kuantum P-Si masing-masing. Titik kuantum grafit dan kristal nano silikon porous memiliki band emisi yang sangat luas. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa LED putih berbasis titik kuantum grafit dan kristal nano silikon memiliki nilai CRI (95) dan R9 (88) yang luar biasa. Lebih lanjut, struktur perangkat tipe cair menunjukkan efisiensi luminesensi yang lebih tinggi sebesar 25% dan stabilitas yang lebih baik dibandingkan perangkat struktur dispensing. Akhirnya, kami dapat menyimpulkan bahwa kinerja luar biasa LED hangat tipe cair nontoksik ini memiliki potensi besar dalam aplikasi bioimaging dan aplikasi terkait lainnya seperti pencahayaan dan pemetaan yang sangat menarik.

Singkatan

CRI:

Indeks rendering warna

GO:

Oksida grafit

GQDs:

Titik kuantum oksida grafit

LED:

Diod emitting cahaya

PL:

Fotoluminesensi

QDs:

Titik kuantum

W-LEDs:

Diod emitting cahaya putih