Bahan Nano Photoluminescent Nontoksik Jenis Cair untuk Dioda Pemancar Cahaya Putih Kualitas Warna Tinggi
Abstrak
Dioda pemancar cahaya putih (w-LED) dengan kecerahan tinggi dengan kualitas warna yang sangat baik ditunjukkan dengan menggunakan bahan nano tidak beracun. Sebelumnya, kami telah melaporkan kualitas warna tinggi w-LED dengan fosfor logam berat dan titik kuantum (QD), yang dapat menyebabkan bahaya lingkungan. Dalam karya ini, LED putih tipe cair yang terdiri dari bahan tidak beracun, disebut sebagai graphene dan titik kuantum silikon berpori dibuat dengan perolehan nilai indeks rendering warna (CRI) tinggi hingga 95. Struktur perangkat tipe cair memiliki suhu permukaan yang diminimalkan dan 25% nilai efisiensi cahaya yang lebih tinggi dibandingkan dengan struktur tipe pengeluaran. Selanjutnya, perangkat yang disiapkan ramah lingkungan dan dikaitkan dengan toksisitas rendah. Toksisitas rendah dan nilai komponen R9 (87) yang tinggi diduga menghasilkan metode baru atau meningkatkan metode saat ini menuju aplikasi bioimaging.
Latar Belakang
Light-emitting diodes (LEDs) telah mendapatkan perhatian yang cukup besar karena umur panjang, efisiensi tinggi, dan sifat hemat energi yang menjadikannya kandidat terbaik untuk pencahayaan solid-state. Chip putih LED (WLED) berbasis GaN telah menunjukkan peningkatan efisiensi yang besar karena kemajuan fabrikasi [1,2,3]. Teknologi GaN nitrida base quantum dot (QD) telah menjadi sangat cocok untuk berbagai aplikasi seperti display, pencahayaan light-emitting diode (LED), dan pelabelan biomedis. Secara khusus, banyak penelitian telah menunjukkan penggunaan QD yang sangat baik dalam fabrikasi LED putih [4,5,6]. Fitur karakteristik QD, seperti lebar garis emisi sempit, hasil kuantum tinggi, dan celah pita merdu yang bergantung pada ukuran, menjadikannya kandidat yang sangat baik untuk teknologi LED [7,8,9,10,11]. QD semikonduktor II-VI yang paling umum, seperti inti senyawa kadmium dan selenium (misalnya, CdZnS, CdSe, CdZnSe, dan ZnSe) dengan LED berbasis cangkang tunggal atau ganda, memiliki efisiensi cahaya yang tinggi [12]. Namun, biaya sintesis yang tinggi dan toksisitas logam berat dari bahan QD ini menghambat produksi skala besar mereka dan meningkatkan kekhawatiran mengenai pencemaran lingkungan [13]. Bahan alternatif berbasis silikon (Si) dan karbon, seperti graphene, lebih disukai tidak beracun dan ramah lingkungan bagi manusia. Selanjutnya, Si menggabungkan QD menunjukkan emisi cahaya yang signifikan dengan efisiensi photoluminescence (PL) tinggi di bawah kurungan yang kuat [14,15,16,17,18].
Graphene oxide quantum dots (GQDs) memiliki domain sp2 sebagai perantara mobilitas transportasi serta atom karbon dan oksigen hibridisasi sp3 yang tidak teratur. Oleh karena itu, panjang gelombang emisi dapat dimodulasi dari biru menjadi hijau karena adanya keadaan tepi yang mengandung oksigen yang tidak teratur ini [19,20,21,22]. Emisi fluoresen merdu dari QD dapat dimanfaatkan untuk aplikasi di perangkat seperti LED, fotodioda, fotodetektor, bioimager, dan sel fotovoltaik [23,24,25]. Selain fungsionalisasi oksigen dari GQD, doping nitrogen dapat menghasilkan emisi yang stabil melalui pembentukan ikatan kovalen dengan karbon sp2 dalam rantai aromatik. GQD yang didoping nitrogen yang menunjukkan konduktivitas tipe p dan n, sebagaimana dikonfirmasi melalui analisis elektrokimia Mott-Schottky, telah dikembangkan [26]. Pendekatan utama untuk mensintesis 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 membosankan untuk menghilangkan molekul prekursor yang tidak bereaksi. Namun, pendekatan top-down menghasilkan hasil kuantum yang lebih rendah (kurang dari 50%) dari GQD daripada pendekatan bottom-up [27, 28]. Akibatnya, berbagai optimasi diperlukan dalam proses fabrikasi GQD top-down seperti kontrol ukuran, doping kimia, atau modifikasi permukaan. Penelitian ini mendemonstrasikan metode GQD yang didoping nitrogen untuk memperbaiki cacat yang terjadi selama proses top-down. Beberapa fungsi nitrogen penyumbang elektron dapat dimasukkan ke dalam GQD dan perawatan hidrotermal dengan NH3 untuk menghindari pembentukan gugus yang mengandung karbon yang dapat memperumit analisis fungsi nitrogen [29].
Dalam studi ini, studi photoluminescence (PL) dari LED berbasis QD tidak beracun telah ditunjukkan dengan menggunakan GQD dan QD Si (P-Si) berpori. LED QD berbasis PL menawarkan pendekatan fabrikasi yang murah dan sederhana dibandingkan LED QD electroluminescent (EL) [30, 31]. GQD yang didoping nitrogen digunakan untuk memproduksi LED putih netral yang tidak beracun. Namun, sebagian besar GQD memancarkan cahaya dengan panjang gelombang pendek (biru dan hijau) di bawah eksitasi ultraviolet (UV). Hal ini disebabkan efek kurungan kuantum (< 10 nm) yang normal pada bidang graphene dan pergeseran emisi menuju panjang gelombang yang lebih panjang dengan menyetel ukuran kristal graphene sulit [32]. Oleh karena itu, Si QDs tertanam pada permukaan nanopartikel P-Si, cacat yang mengakibatkan fluoresensi [33]. Nanocrystals P-Si dapat menunjukkan emisi panjang gelombang panjang untuk mengkompensasi tidak adanya pita panjang gelombang panjang dalam spektrum emisi GQD, dan dengan demikian dapat menghasilkan cahaya putih hangat. Sesuai survei literatur, kelompok L. T. Canham berkontribusi secara substansial untuk penyelidikan lapisan Si mesopori dengan porositas tinggi untuk fotoluminesensi tampak (merah) pada suhu kamar [34]. Fabrikasi P-Si QDs dapat dikategorikan menjadi dua pendekatan, bottom-up dan top-down, mirip dengan proses fabrikasi GQD. Studi ini memilih pendekatan top-down untuk membuat QD P-Si karena cocok untuk produksi massal. Akhirnya, kedua jenis struktur perangkat LED putih netral dan putih hangat ini dibuat dengan menggunakan pengeluaran dan proses paket tipe cair menunjukkan indeks rendering warna (CRI) yang sangat baik dan nilai efisiensi bercahaya dan juga menghasilkan [34,35,36].
Metode dan Bahan
Sintesis GQD yang Didoping Nitrogen
Pertama, lembaran graphene oxide (GO) dibuat dengan menggunakan bubuk grafit alam (SP-1, Bay Carbon, USA) 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 18 M H2 JADI4 dan suhu campuran dipertahankan di bawah 20 °C. Grafit dioksidasi melalui pengadukan terus menerus dari campuran pada 35 °C selama 4 jam, setelah itu 230 mL air ditambahkan perlahan sambil diaduk pada 98 °C selama 15 menit. Selanjutnya, 12 mL H2 O2 ditambahkan ke dalam campuran dengan pengadukan terus menerus pada suhu kamar, dan produk dicuci beberapa kali untuk mendapatkan lembaran GO. Lembaran GO yang diperoleh didoping dengan nitrogen dengan mengoksidasinya dalam 30 mL NH3 (konsentrasi 60%) pada 500 °C selama 12 jam. Kemudian, campuran yang dihasilkan diaduk secara ultrasonik selama 10 jam, dan disimpan pada suhu 140°C untuk menghilangkan sisa HNO3 . Produk akhir didispersikan dalam air deionisasi dan disentrifugasi untuk menghilangkan endapan. Hasilnya, kami memperoleh suspensi nitrogen-graphene oxide dots (NGOD) [37]. Suspensi ini diayak menggunakan tabung sentrifugasi (VS20S01 dan VS15RH91, Satorius, Jerman) untuk mendapatkan GQD. Tabung sentrifugasi dilengkapi dengan filter polietersulfon dengan berat molekul cut-off 30, 10, dan 3 kDa untuk menghasilkan GQD3, GQD2, dan GQD1, masing-masing. Suspensi GQD dilewatkan melalui membran yang diatur dalam urutan penurunan ukuran pori dan dikumpulkan pada tahap serial untuk mendapatkan GQD dengan berbagai ukuran.
Fabrikasi Nanopartikel P-Si QD
Nanopartikel koloid P-Si QD yang terdispersi dalam etil asetat disintesis seperti yang dijelaskan dalam penelitian kami yang baru-baru ini diterbitkan [36,37,38]. Pertama, wafer Si tipe-p 6-in diukir secara elektrokimia untuk menghasilkan lapisan P-Si, di mana kluster P-Si QD berukuran nano (< 5 nm) dilekatkan ke inti Si berukuran mikro (1–10 μm). Wafer Si diperlakukan dengan hidrogen fluorida (HF) encer dan segera direndam dalam 10-Undecen-1-ol (UDA) terdeoksigenasi untuk menyelesaikan reaksi hidrosilasi fotokimia di mana ikatan rangkap tak jenuh terminal UDA bereaksi dengan Si hidrida (Si-H ), menghasilkan pasivasi karboksilat berikat Si-C pada P-Si QDs. Selanjutnya, lapisan P-Si dihancurkan secara mekanis, dan bubuk Si yang dihasilkan didispersikan dalam isopropanol untuk penggilingan bola energi tinggi. Koloid yang diperoleh kembali dari penggilingan secara selektif tergores menggunakan etsa berair yang terdiri dari HNO3 dan HF untuk mengetsa inti Si curah nonradiatif yang ditutup dengan oksida Si sementara sebagian besar mempertahankan PL P-Si QD dengan pasivasi karboksilat terikat Si-C. Langkah ini menghasilkan sekitar 25 mg per wafer nanopartikel P-Si QD yang diakhiri hidroksil yang memancarkan hidroksil (Si QD sebenarnya adalah sekitar 10 nm, berdiameter sekitar 40 nm hingga 500 nm) dengan monodispersitas tinggi dan efisiensi kuantum PL tinggi (45– 55%). Akhirnya, gugus hidroksil dari nanopartikel P-Si QD diaktivasi menggunakan p-toluenesulfonyl chloride dan kemudian direaksikan dengan 2,2′-(ethylenedioxy)diethanethiol untuk menghasilkan nanopartikel P-Si QD yang diakhiri dengan tiol. Nanopartikel P-Si QD yang dihasilkan membentuk suspensi yang seragam dan stabil dalam etil asetat, yang digunakan untuk karakterisasi optik [38].
Fabrikasi Perangkat
Dua jenis struktur inang, yaitu, struktur pengeluaran dan struktur tipe cair, digunakan untuk membuat LED putih GQD dan GQD/P-Si QD. Struktur fabrikasi dipompa oleh 45-mm UV (365 nm). Pada awalnya, GQD yang didoping nitrogen (berat% dalam air) dengan emisi yang berbeda—biru, teal, dan bagan—disiapkan dan dilambangkan sebagai GQD1, GQD2, dan GQD3, masing-masing. Kemudian, GQD1, GQD2, dan GQD3 dicampur dalam rasio yang berbeda (misalnya, 4:1:2) untuk menentukan komposisi optimal untuk mendapatkan emisi putih netral; LED disiapkan menggunakan larutan GQD dan paket pengeluaran 5070 digunakan sebagai referensi. P-Si QD disiapkan dan dicampur dengan GQD1, GQD2, dan GQD3 (GQD1:GQD2:GQD3:P-Si QD = 4:1:2:10) untuk membuat LED putih sebagai sumber cahaya putih hangat. Studi kami sebelumnya menegaskan bahwa struktur tipe cair lebih disukai daripada struktur konvensional [35]. Dalam penelitian ini, kami merancang struktur tipe cairan baru untuk membuat LED putih GQD dan GQD/P-Si QD. LED putih netral tipe cair GQD dibuat sebagai berikut:Awalnya, kami menggunakan cincin kaca setinggi 2,5 mm dengan diameter luar dan dalam masing-masing 8 mm dan 6 mm. Setelah itu, kami mengebor lubang kecil di permukaan atas cincin kaca. Terakhir, kotak kaca dirakit dengan menumpuk dua pelat kaca tipis dengan cincin kaca di tengahnya (Gbr. 1a). Ruang di dalam kotak kaca dibiarkan kosong untuk melancarkan aliran udara. Akhirnya, larutan GQD/P-Si QD disuntikkan ke dalam kotak kaca untuk menghasilkan paket tipe cair. QD disuntikkan melalui lubang kaca dan ditutup kembali dengan pelat kaca. Paket QD tipe cair dipasang di atas paket LED UV 5070 (5 mm × 7 mm), dan panjang gelombang emisi adalah 365 nm. Spektrum kurva LIV menunjukkan bahwa tegangan penyalaan sekitar 3 V yang ditunjukkan pada Gambar 4c. Untuk pembuatan paket pengeluaran, proses LED QD pengeluaran konvensional diterapkan [34, 39]. Dalam hal pendekatan paket QD, pertama-tama kami mencampur PMMA dan QD untuk menghasilkan struktur yang dipadatkan dalam paket LED. Untuk ini, kami mengisi setengah lem silikon dalam paket untuk menjauhkan campuran QD dari sumber panas (blue chip) dan mencegah degradasi QD. Setelah itu, perbandingan volume sampel pengeluaran kami diambil sebagai 2:1 campuran QD/PMMA, dan kemudian dikeluarkan bubur untuk mengisi ruang yang tersisa dalam kemasan. Setelah itu struktur akhir disimpan pada suhu 60 °C selama 2-3 menit untuk memadat, dengan cara ini, film campuran PMMA/QD telah disimpan dalam paket LED.
Panel atas:a (kiri) rakitan paket kaca menunjukkan P-Si QD tipe cair dan GQD yang didoping nitrogen dan (kanan) jaringan P-Si QD dan GQD yang didoping nitrogen. Panel bawah:serapan (garis hitam solid), eksitasi PL (garis putus-putus), dan emisi PL (garis solid) spektrum b GQD1, c GQD2, d GQD3, dan e P-Si QD
Hasil dan Diskusi
Gambar 1a mengilustrasikan jaringan P-Si QD (panel kiri) dan GQD yang didoping nitrogen (panel kanan) dan paket LED QD tipe cair. P-Si QDs dengan bio-probe dapat dibuat menggunakan metode top-down baru, contohnya termasuk etsa elektrokimia pada wafer kristal Si [38, 40]. Gambar 1b–e mewakili spektrum serapan, eksitasi PL, dan emisi GQD1, GQD2, GQD3, dan P-Si QD. Garis putus-putus hitam dan merah masing-masing menunjukkan spektrum penyerapan dan eksitasi QD. Spektrum PL dari QD yang diselidiki mencakup sebagian besar wilayah yang terlihat. Nilai lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) dari GQD1, GQD2, GQD3, dan P-Si QD masing-masing sekitar 370, 325, 330, dan 250 nm. Pita 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 yang kuat (311 dan 465 nm), dan puncak emisi yang kuat pada 606 nm P-Si QDs dibangkitkan karena puncak eksitasi pada 374 nm. Dapat digambarkan dari hasil PL bahwa pompa gelombang pendek adalah sumber eksitasi yang lebih disukai karena penyerapan dan eksitasi semua luminer paling kuat di wilayah UV. Dengan demikian, LED UV 365 nm dipilih sebagai sumber yang sesuai untuk mewujudkan efisiensi konversi yang tinggi dalam QD yang diselidiki. Hasil kuantum GQD1, GQD2, GQD3, dan P-Si QDs pada eksitasi 365-nm masing-masing sekitar 1,4%, 1%, 9,1%, dan 50%. Hasilnya menunjukkan bahwa sebagian besar NP GQD adalah monolayer atau bilayer, dan QD P-Si berukuran kira-kira 40–500 nm, yang menunjukkan struktur komposit multilayer. Gambar 2a, b mewakili transmisi mikroskop elektron (TEM) dan gambar TEM resolusi tinggi yang memperjelas morfologi dan struktur kristal campuran GQD. Ukuran QD graphene ditemukan 5 nm, yang sesuai dengan jarak bidang (\( 1\overline{1}00 \)) dan jarak kisi 0,22 nm [41]. Gambar 2c adalah gambar pemindaian mikroskop elektron (SEM) yang menunjukkan tampilan atas partikel Si. Ukuran partikel kira-kira dalam kisaran ukuran 40–500 nm. Selanjutnya, beberapa QD P-Si ditemukan berukuran sekitar 10 nm pada permukaan partikel Si.
Mikroskop elektron transmisi dan pemindaian gambar mikroskop elektron dari NP. a Morfologi campuran graphene QD dengan ukuran partikel sekitar 5 nm yang dicirikan melalui a TEM dan b TEM resolusi tinggi. c Gambar SEM (tampilan atas) dari partikel silikon 40 nm–500 nm
LED yang memancarkan cahaya putih berkualitas tinggi dalam penelitian ini terdiri dari beberapa nanomaterial dengan puncak emisi yang berbeda untuk menutupi berbagai warna. Untuk menyelidiki monokromatisitas bahan pemancar ini, paket LED tipe cair GQD1, GQD2, GQD3, dan P-Si QD dipompa menggunakan chip UV 365 nm, dan spektrum emisinya dicatat pada Gambar. 3. Spektrum GQD1 menunjukkan puncak emisi pada 440 nm dan menutupi sebagian besar wilayah panjang gelombang biru untuk menghasilkan sinar biru ditunjukkan pada Gambar 3a. Daerah panjang gelombang biru dalam spektrum GQD2 sedikit lebih kecil dari pada GQD1. Akibatnya, GQD2 tipe cair memancarkan cahaya teal dengan puncak emisi pada 538 nm (Gbr. 3b). Spektrum emisi GQD3 tipe cair memiliki puncak kuning yang kuat (550 nm), yang menyebabkan GQD3 memancarkan cahaya berwarna kuning kemerahan yang ditunjukkan pada Gambar 3c. Setelah pemompaan 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 nyata untuk analisis PL (bandingkan dengan Gambar 1b–d). Penyebab utama dari panjang gelombang emisi yang berbeda adalah sumber pemompaan yang berbeda. 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 P-Si QD [42, 43]. Setelah membentuk campuran komposit, semua QD graphene dan P-Si menunjukkan pita spektrum luas yang menghasilkan cahaya putih berkualitas tinggi dengan nilai CRI tinggi.
Spektrum paket LED QD monokrom tipe cair untuk a GQD1, b GQD2, c GQD3, dan d P-Si QD pada arus 60 mA
Gambar 4a, b menunjukkan spektrum dispensing dan LED PL QD putih tipe cair pada 60 mA. LED tipe cair GQD memberikan cahaya putih netral pada suhu warna berkorelasi (CCT) 5600 K dengan efisiensi cahaya sekitar 20,3 lm/W; spektrum emisi terdiri dari puncak yang berpusat pada kira-kira 548 nm. Perangkat LED tipe cair GQD/P-Si QD memberikan cahaya putih hangat dengan CCT 3900 K dan efisiensi cahaya sekitar 19,1 lm/W dengan puncak emisi yang terletak pada 625 nm pada Gambar. 4a. Sampel pengeluaran yang dibuat menggunakan larutan GQD dan campuran GQD/P-Si QD menunjukkan nilai CCT 6300 dan 4300 K dan puncak emisi diperoleh masing-masing pada panjang gelombang sekitar 642 nm dan 611 nm. Nilai efisiensi cahaya yang diperoleh ditemukan masing-masing 16,2 lm/W dan 14,5 lm/W untuk LED putih netral GQD dan GQD/P-Si QD untuk LED putih hangat. Dibandingkan dengan sampel tipe cair, puncak emisi PL dari sampel pengeluaran bergeser merah karena agregasi diri QD, yang disebabkan karena tidak adanya larutan pembawa [44,45,46]. Selanjutnya, partikel-partikel kecil yang agregat menjadi partikel yang lebih besar, diversifikasi transfer energi [47,48,49,50]. Di sisi lain, penggunaan campuran QD dapat menyebabkan transfer energi yang tidak diinginkan antara QD warna yang berbeda. CRI yang sangat baik dari LED putih dapat dimodulasi oleh fenomena transfer energi, tetapi menyebabkan pengurangan cahaya [51]. Jika kita mengharapkan untuk mencegah transfer energi yang tidak diinginkan, struktur berdampingan LED QD tipe cair yang dibuat dengan pencetakan dapat direncanakan di masa depan, yang mengacu pada penelitian dari M. K. Choi et al [52]. Spektrum kurva LIV dari w-LED nontoksik diplot pada Gambar. 4c. Pencahayaan output maksimum w-LED adalah sekitar 552 cd/m
2
pada 230 mA untuk CQD w-LED tipe cair, dan sampel pengeluaran memiliki nilai luminansi yang lebih rendah. Tegangan pengaktifan sekitar 3 V, dan semua sampel digerakkan dengan daya input yang serupa. Gambar 4d menyajikan CRI dari dispensing GQD/P-Si QD dan sampel tipe cair pada nilai injeksi saat ini mulai dari 1 hingga 300 mA. Paket tipe cair lebih stabil dan mencegah agregasi sendiri dan pergeseran merah spektral, yang mempertahankan CRI. Kami memodifikasi rasio pencampuran QD untuk mencapai kualitas warna yang sangat baik ini. LED tipe cairan putih hangat memiliki CRI yang sangat baik yaitu 95. Sampel tipe cairan menunjukkan nilai CRI (Ra) umum yang lebih tinggi dibandingkan dengan sampel pengeluaran. Selanjutnya, CRI yang lebih rendah dari sampel pengeluaran disebabkan oleh agregasi diri QD dan pergeseran merah spektral dari sampel pengeluaran. Tidak adanya emisi kuning dan hijau dan peningkatan emisi oranye dan merah menurunkan Ra [32]. Ketika Ra tidak diturunkan, penggunaan paket tipe cair mampu mempertahankan bentuk spektrum emisi. Koordinat kromatisitas CIE dari jenis cairan dan sampel pengeluaran dekat dengan lokus Planckian. Nilai CRI untuk R1–R9 mengikuti tren penurunan. Hal ini disebabkan oleh fenomena pergeseran merah yang terjadi setelah proses dispensing. LED putih GQD/P-Si QD tipe cair menunjukkan R9 (88) yang sangat baik pada 3900 K. Nilai R9 yang tinggi diinginkan karena hubungannya dengan emisi merah yang kuat, yang terkait dengan jaringan organik [53]. Berdasarkan nilai CRI, dapat digambarkan dari sini bahwa sampel tipe cair lebih baik daripada sampel dispensing. Sampel pengeluaran memiliki nilai CRI yang rendah karena agregasi sendiri, pengurangan intensitas, dan pergeseran merah dari LED QD yang sesuai. Selanjutnya, berbagai penelitian tentang LED graphene QD telah diterbitkan. Namun masih hanya sedikit penelitian yang menunjukkan nilai CRI LED QD. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, WLED berbasis QD dibuat dengan nilai CRI yang sangat baik, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Spektrum PL dari (a ) graphene QD tipe cair pada CCT 5600 K dan LED putih GQD/ P-Si QD tipe cair pada CCT 3900 K. b Pengeluaran graphene QD dan graphene/P-Si QD LED putih. c Spektrum kurva LIV dari w-LED nontoksik yang digerakkan pada 1–300 mA. d Spektrum CRI untuk dispensing GQD + P-Si dan LED tipe cair yang digerakkan pada 1–300 mA
Gambar 5 menunjukkan suhu permukaan rata-rata dan ketergantungan saat ini dari jenis cairan dan LED putih pengeluaran. Suhu permukaan yang bergantung pada arus diukur sebagai suhu rata-rata di atas luas permukaan perangkat, untuk jangka waktu 2 menit, dengan perangkat digerakkan dari 1 hingga 250 mA. Dari dua struktur yang disiapkan, sampel pengeluaran menunjukkan efisiensi cahaya yang lebih rendah dan suhu permukaan yang lebih tinggi; ini dikaitkan dengan perangkap panas di dalam paket. Persamaan (1) digunakan untuk menghitung disipasi panas di perangkat sebagai perbedaan antara daya listrik input dan intensitas cahaya yang diukur:
Suhu permukaan rata-rata dan ketergantungan saat ini dari jenis cairan dan LED putih pengeluaran
di mana Pelec. adalah daya listrik yang disuntikkan; Ppanas dan Popt. adalah energi panas dan daya optik yang dihasilkan setelah daya input disuntikkan, masing-masing; Sayaf dan Vf adalah arus penggerak dan tegangan maju pada kondisi operasi LED, masing-masing; v adalah fluks bercahaya total; dan Kmemilih adalah kemanjuran bercahaya radiasi optik (LER) dari LED. Alasan utama perbedaan suhu permukaan paket ini adalah perbedaan dalam koefisien konduktivitas termalnya:1,05 W/mK untuk sampel jenis cair, yang terdiri dari kaca, dan 0,185–0,196 W/mK untuk sampel pengeluaran, yang terdiri dari PMMA. Wadah kaca dari sampel tipe cair memfasilitasi pembuangan panas dan dengan demikian memiliki efisiensi cahaya yang tinggi. Dengan demikian, meningkatkan karakteristik pembuangan panas sampel dapat meningkatkan keluaran foton.
Kesimpulan
Singkatnya, kami telah menyiapkan dua jenis struktur perangkat WLED satu adalah struktur pengeluaran dan yang lainnya adalah struktur tipe cair dengan menggunakan masing-masing GQD dan GQD/P-Si QD. QD graphene dan QD silikon berpori memiliki pita emisi yang sangat lebar. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa graphene QDs dan w-LED berbasis nanokristal silikon memiliki nilai CRI (95) dan R9 (88) yang sangat baik. Lebih lanjut, struktur perangkat tipe cair menunjukkan efisiensi cahaya yang lebih tinggi sebesar 25% dan stabilitas yang lebih baik dibandingkan dengan perangkat terstruktur pengeluaran. Akhirnya, kita dapat menyimpulkan bahwa kinerja yang sangat baik dari LED hangat tipe cair nontoksisitas memiliki potensi besar dalam bioimaging dan aplikasi terkait lainnya seperti pencahayaan dan penginderaan sangat menarik.
