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미시간 대학의 연구진은 비교적 저렴하고 제작하기에 간단한 완전한 효율의 조명이 가능한 연구 결과를 발표하였다. 이 재료는 밝고 금속이 없는 유기 물질로서 형광색을 발생시킨다. 백열 전등은 사용한 전기의 5% 만이 빛을 내기 위해서 이용되며 형광 LED는 그것을 통과하는 전자들의 25%까지를 빛을 발생하기 위해 사용한다. 인광성 LED는 모든 전자를 빛을 내는데 사용할 수 있지만 이를 가능하게 하는 저렴한 물질을 얻는 것은 매우 어렵다고 알려져 있다. LED는 전류가 통과할 때 빛을 발생시킬 수 있는 반도체이다. 탄소 기반 또는 유기 반도체는 비유기 반도체보다 훨씬 더 저렴하다. 그러나 오늘날 유기 반도체 기술은 인광을 가능하게 하는 반도체 안의 금속에 의존한다. 이것은 가격을 올리고 물질을 때때로 유독하게 만든다는 단점이 있다. 이제 미시간 대학 연구진은 밝고, 금속을 포함하지 않으며, 유기성 인광 빛 방출기를 개발하였다. 어려운 점은 반도체가 열이 아닌 빛을 발생하도록 만들게 하는 것이었다. 전류가 반도체 내부에서 전기 전하를 만들어 낼 때, 전하는 두 방법 중에서 하나를 이용하여 빛을 발생시킨다. 전하들의 네 개 중에 한 개는 형광 발광을 발생시키지만 네 개 중의 세 개는 인광을 발생시켜 형광보다 약간 더 낮은 에너지를 방출한다. 유기 반도체가 자체 디바이스에 남겨지면, 인광을 발생시키는 에너지의 75%는 소모되게 되는 것이다. 빛 대신에, 그것들은 주위 분자를 진동시켜 물질을 가열시키는 것이다. 포함시키는 금속은 인광을 발하는 전하를 위한 광방출로 균형이 깨지게 할 수 있지만 금속을 필요로 하지 않게 만드는 새로운 솔루션을 필요로 한다. 인광성 LED는 역광 하에서 물의 존재를 밝힐 수 있다. 물은 폴리머가 LED 안에서 붕괴되어 인광성 빛인 녹색에서 형광성 빛인 청색으로 변하게 만든다. 이런 이유로 자연 상태의 무금속 유기 물질에서 나오는 인광이 매우 희귀하다고 연구진은 말하였다. 다이아몬드는 자외선에 노출된 후에 적색광을 낸다. 탄소 구조에서 보론 흔적이 청색과 인광을 모두 발생시키는 것으로 간주되고 있다. 보론은 또한 이들 연구진에 만든 발광 분자의 핵심 역할을 한다. 비록 다이아몬드의 단단한 구조가 그것이 인광을 발생하도록 도움을 주는지는 잘 알려져 있지 않지만 이들 연구진은 이런 결정 접근이 그들의 모든 유기 발광체에 적용될 수 있다는 것을 시연하였다. 경직된 격자는 진동을 억눌러, 더 많은 에너지가 빛으로 방출될 수 있게 해준다. 이들 연구진의 결정은 전하의 55%가 빛을 방출할 수 있도록 해주지만, 제조 단계에서 고품질 결정을 일관되게 만드는 것은 매우 어려운 문제이다. 대신에, 이들 연구진은 이런 강직성을 더 쉽게 만들 수 있는 방법을 찾았다. 그들은 분자 디자인을 변형시켜 투명한 폴리머로 구조 결합을 형성할 수 있도록 하였다. 연구진은 새로 고안된 광방출기와 폴리머를 포함하고 있는 용액을 가열하여 건조시켰다. 분자들은 자체 정렬되어 단단한 매트릭스를 형성하였다. 이 디자인은 24%의 전하들이 빛을 발생할 수 있게 하였다. 이런 숫자는 단지 형광 빛 만큼 좋지만 연구진은 효율을 향상시키기 위해서 보조적인 방법들을 개발하고 있다. 연구진은 분자 간 결합 세기를 증가시키면 인광의 진동 손실을 효과적으로 억제시킬 수 있다는 것을 시연하였다. 이 발견은 저렴하고 에너지 효율적인 조명 기구를 위한 분자 디자인에 중요한 기여를 할 수 있는 것이다. 이 물질은 또한 물의 존재를 밝혀낼 수 있다. 폴리머 사이의 연결을 용해함으로써, 인광 상태로 변환시키는 형광을 발생시키는 전하를 허용하도록 물은 결합을 끊는다. 이런 결합은 광방출기가 대부분의 인광빛을 방출하게 만든다. 이 물질은 녹색이지만 결합이 붕괴되면 그것은 형광색 모드로 바뀌어 청색광을 방출한다. 이것은 물을 감지할 수 있는 간단한 센서로 개발될 수 있다. 첨부그림: 인광성 LED는 역광 하에서 물의 존재를 밝힐 수 있다. 물은 폴리머가 LED 안에서 붕괴되어 인광성 빛인 녹색에서 형광성 빛인 청색으로 변하게 만든다. |
