Supereffiziente OLED der nächsten Generation, gemustert von Firefly Cuticle

Viele Insekten, Vögel, Fische und Amphibien können Licht aussenden, um miteinander zu kommunizieren. Glühwürmchen tun dies auf die effektivste Art und Weise - eine Familie von Käfern, die einen nächtlichen Lebensstil führen. Das Glühwürmchen-Lumineszenzorgan wird von großen photogenen Zellen gebildet und befindet sich unter einer transparenten Nagelhaut. Wie andere Tiere kommunizieren Glühwürmchen mit Hilfe von Lichtsignalen hauptsächlich mit dem anderen Geschlecht: Dies sind Suchsignale von Männern, Signale der „Zustimmung“ oder „Ablehnung“ von Frauen usw.

Im Gegensatz zu künstlichen LEDs ist die Oberfläche des Glühorgans nicht glatt, sondern mit einer asymmetrischen hierarchischen Nagelhaut aus geneigten Elementen ungewöhnlicher Form bedeckt (siehe unten).

Die außergewöhnliche Wirksamkeit eines solchen Lumineszenzorgans hat die Aufmerksamkeit von Forschern des Koreanischen Instituts für Wissenschaft und Technologie auf sich gezogen. Nach den Prinzipien der Bionik konstruierten sie organische Leuchtdioden (OLEDs) auf der Basis der Nagelhaut, nachdem sie zuvor ihre optischen Eigenschaften untersucht hatten. Dies ist die erste wissenschaftliche Studie dieser Art.

Die folgende Abbildung zeigt, dass die OLED-Nanobeschichtung mit der hierarchischen Struktur geneigter Elemente übereinstimmt, die über Millionen von Jahren der Entwicklung von Glühwürmchen erzeugt wurden.

Mit der neuen Beschichtung hat OLED aufgrund der verringerten Innenreflexion und eines um 15% größeren Beleuchtungswinkels eine um 60% höhere Lichtleistung gezeigt. Die wissenschaftliche Arbeit wird veröffentlicht im Journal of der Nano Letters (: 10.1021 / acs.nanolett.5b05183, doi pdf ).



"Diese Arbeit berichtet über die erste Beobachtung hierarchischer Strukturen, nämlich geneigter Mikrostrukturen mit Nanostrukturen, die auf den kutikulären Ultrastrukturen des Glühwürmchenorgans existieren", erklärte erKi-Hun Jeong, Hauptautor des Papiers. - Unsere groß angelegten Photonenberechnungen haben deutlich gezeigt, dass die Funktionalität asymmetrischer und hierarchischer Strukturen einen wesentlichen Beitrag zur Effizienz der Lichtleistung und zur Größe des Beleuchtungswinkels während der Biolumineszenz leistet. Dieses Wissen aus Glühwürmchen wurde erfolgreich in organischen LEDs der nächsten Generation umgesetzt. “

Eine verbesserte Leistung wird durch eine signifikante Reduzierung des internen Reflexionsindex in OLED erreicht. Dies ist eines der Hauptprobleme bei der Herstellung von LEDs, bei denen mehr als die Hälfte des emittierten Lichts zurückreflektiert wird, dh die Grenzen des Geräts nicht überschreitet. Wissenschaftler haben bereits versucht, solche biologischen Strukturen nachzuahmen, aber die Autoren einer neuen Studie führten detaillierte Berechnungen durch und zeigten, dass die asymmetrische und hierachische Struktur eine Schlüsselrolle für die Eigenschaften des Glühorgans in einer Glühwürmchen spielt.



Die Autoren untersuchten nicht nur die Eigenschaften, sondern schlugen auch das optimale technische Verfahren zur Herstellung von LEDs mit einer solchen Beschichtung vor.

Source: https://habr.com/ru/post/de393457/