O IIT-Guwahati, em colaboração com o Imperial College London, desenvolve nanopartículas ‘meta-grade’ – Últimas Notícias
Meta-grade ‘ou’ grade metamaterial ‘é uma matriz especificamente modelada (grade) de nanopartículas que atuam como metamateriais, capazes de exibir propriedades ópticas extraordinárias.
O IIT afirmou que, no mundo de hoje, os LEDs são implantados em quase todos os lugares – de semáforos à luz de fundo de displays eletrônicos, smartphones, grandes outdoors, iluminações decorativas, purificação de água e descontaminação de superfícies infectadas. Um aumento na produção de luz LED reduziria significativamente as necessidades de energia em larga escala e, portanto, contribuirá para conter o aquecimento global e as mudanças climáticas.
Ao longo dos anos, uma pesquisa significativa em direção a esse objetivo está na exploração de novos materiais para encapsulamento de chips de LED, principalmente pela implantação de vidros de índice de refração mais alto ou materiais epóxi incorporados com pós de enchimento ou resinas epóxi carregadas com nanopartículas ou resinas epóxi projetadas, etc. No entanto, essas técnicas tornam os chips de LED mais volumosos ou sua fabricação se torna mais desafiadora e menos viável economicamente para produção em massa.
Dra. Debabrata Sikdar, Professora Assistente, do IIT Guwahati, juntamente com o Prof. Sir John B. Pendry e o Prof. Alexei A. Kornyshev do Imperial College London, desenvolveu um Nano-partícula ‘Meta-grade’, que precisa ser colocada em um local apropriado dentro do invólucro de epóxi dos LEDs, para melhorar a saída de luz dos LEDs. Uma ‘meta-grade’ é uma matriz bidimensional, otimizada e especialmente projetada de nanopartículas específicas, de tamanho muito menor do que o comprimento de onda da luz.
Os resultados foram publicados recentemente na revista Light: Science & Application do Nature Publishing Group. Ao prescrever mudanças mínimas no processo de fabricação, a equipe de pesquisa desenvolveu esse novo esquema para aumentar a transmissão de luz gerada dentro de um chip de LED através da interface de chip de LED / encapsulante. Isso é alcançado reduzindo a perda de reflexão de Fresnel na interface chip / encapsulante, dentro de um cone de escape de fóton fixo, com base no ajuste dos fenômenos destrutivos de interferência com a ajuda da ‘meta-grade’.
A técnica revelou parâmetros de design ideais para tais meta-redes para produzir maior saída de luz em qualquer banda estreita / larga Espectro de emissão, além de aumentar a vida útil dos LEDs, eliminando o aquecimento do chip por reflexos indesejados dentro do chip.
A equipe de pesquisa planeja fabricar um dispositivo protótipo dentro de um ano e corroborar suas previsões teóricas com experimentos.
Os modelos teóricos, desenvolvidos pelo Dr. Sikdar e seus colaboradores, permitem descobrir as condições ideais para o projeto da camada de ‘meta-grade’ de nanopartículas. O material e a composição das nanopartículas e parâmetros, como seus tamanhos, espaçamento médio entre as partículas e a distância da superfície do chip de LED, são otimizados para atingir o aprimoramento máximo na extração de luz do chip de LED em seu invólucro de encapsulamento, sobre qualquer espectral de emissão gama de um LED típico.
Dr. Sikdar disse: “Com o avanço contínuo na tecnologia de nanofabricação, agora é possível fabricar nanopartículas metálicas que são em sua maioria monodispersas ou com uma distribuição muito estreita. Ainda assim, sempre pode haver alguma aleatoriedade no tamanho e / ou posição das partículas, planicidade da grade e variação no índice de refração devido a erro de fabricação ou defeitos de material que são inevitáveis. Os efeitos da maioria dessas imprecisões podem ser estimados a partir de nosso estudo de tolerância e isso mostrou a robustez de nosso esquema ”.
Dr. Sikdar acrescentou ainda: “Nesta invenção, são demonstrados os efeitos da ‘meta-grade’ nos LEDs comerciais padrão, com base nos materiais do grupo III-V. No entanto, o conceito proposto de melhorar a transmissão de luz de uma camada emissiva para seu revestimento encapsulante pode ser estendido a outros tipos de dispositivos emissores de luz que hospedam uma interface de camada emissiva / encapsulante. Geralmente, nosso esquema de “meta-grade” de nanopartículas para extração de luz aprimorada pode potencialmente atender a uma gama mais ampla de dispositivos ópticos, não apenas semicondutor LEDs. ”
O professor Alexei A. Kornyshev, Departamento de Química, Imperial College London, afirmou: “Pode haver diferentes soluções de engenharia para as meta-redes nos chips de LED. Um deles seria usar automontagem de nanopartículas mediada por secagem, e. feito de prata ou materiais plasmônicos alternativos com menos perdas cobertos com ligantes apropriados, para formar as folhas de “plasmeno” Sikdar-Premaratne-Cheng independentes. Essas folhas de monocamada de nanopartículas poderiam ser esticadas para o ajuste preciso da separação entre as partículas e, em seguida, estampadas no chip de LED antes que o invólucro de encapsulamento seja fabricado. O espaçamento entre a ‘meta-grade’ e a superfície do chip de LED pode ser controlado através da espessura do substrato do plasmeno ”.
Pendry disse: “A simplicidade do esquema proposto e a física clara que o sustenta devem torná-lo robusto e, esperançosamente, facilmente adaptável ao processo de fabricação de LED existente. É óbvio que com maior eficiência de extração de luz, os LEDs proporcionarão maior economia de energia, bem como maior vida útil dos dispositivos ”.
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