Phosphores durables à base de manganèse
Manganèse au lieu de terres rares
Pratiquement toutes les diodes électroluminescentes utilisées aujourd'hui nécessitent des luminophores à base d'éléments des terres rares, qui sont coûteux et difficiles à obtenir. Dans le cadre d'un projet de recherche mené en collaboration par l'université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) et l'université d'Innsbruck, des chimistes viennent de démontrer que l'élément manganèse convient en principe également à de telles applications. Dans la revue scientifique Angewandte Chemie, ils montrent que cette approche permet de générer de la lumière blanche à partir d'un seul phosphore à base de manganèse.
Les diodes électroluminescentes (DEL) sont économes en énergie et flexibles, ce qui en fait une technologie clé pour l'éclairage durable. Les diodes électroluminescentes actuelles à lumière blanche sont généralement composées d'un semi-conducteur bleu, dont la lumière est ensuite convertie en lumière verte et en lumière rouge par deux couches de matériaux photoactifs. La combinaison de ces couleurs de lumière crée la lumière blanche souhaitée.
Les phosphores utilisés dans les LED actuelles contiennent presque tous des éléments de terres rares tels que l'europium ou le cérium. Cependant, l'obtention de ces éléments est coûteuse et ils ne sont extraits à grande échelle que dans quelques régions du monde, principalement en Chine. Cette situation présente des inconvénients stratégiques importants.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur adjoint Markus Suta (groupe de travail sur les matériaux photoactifs inorganiques à la HHU) et le professeur Hubert Huppertz (département de chimie générale, inorganique et théorique de l'université d'Innsbruck) a cherché d'autres solutions, plus largement disponibles et plus faciles à manipuler. Ils ont identifié le métal de transition manganèse (en abrégé : Mn) - plus précisément l'ion manganèse doublement chargé positivement (en abrégé : Mn2+) - comme étant prometteur. Contrairement aux terres rares, le manganèse est beaucoup plus abondant dans la croûte terrestre, peut être facilement extrait des minerais et se manipule aisément.
Alors pourquoi le manganèse n'a-t-il pas déjà été utilisé dans les LED par le passé ? Le professeur Suta explique : "Un inconvénient fondamental est l'absorption très inefficace du Mn2+, ce qui signifie que la luminescence décroît relativement lentement. Des densités de puissance élevées sont donc nécessaires pour obtenir une luminosité suffisante". En revanche, l'ion Mn4+ est déjà utilisé - il émet une lumière rouge à bande étroite dans les fluorures et est principalement utilisé pour les écrans d'affichage. Cependant, la production des phosphores correspondants nécessite de l'acide fluorhydrique, ce qui est problématique.
Dans la célèbre revue scientifique "Angewandte Chemie", les chercheurs rendent compte de leur examen de la luminescence - les propriétés de rayonnement - d'un composé spécial : l'ion Mn2+ dans ce que l'on appelle les lithosilicates alcalins. Le groupe de travail dirigé par le professeur Huppertz avait déjà identifié cette classe de composés comme des candidats potentiellement prometteurs pour les émetteurs à bande étroite émettant du cyan pour les écrans d'affichage il y a plusieurs années, bien qu'à l'époque l'europium ait encore été utilisé comme émetteur.
Professeur Suta : "Contrairement aux ions europium, les ions manganèse sont beaucoup plus petits et plus flexibles lorsqu'il s'agit de sélectionner des géométries de coordination spécifiques. Les ions Mn2+ émettent une lumière verte à bande étroite à proximité de quatre atomes d'oxygène, mais émettent une lumière rouge lorsqu'ils sont entourés de six à huit atomes d'oxygène. Avec les bons détails structurels, la luminosité de la luminescence conserve un haut niveau de stabilité thermique, ce qui est important car les LED avec de tels phosphores inorganiques atteignent des températures de fonctionnement d'environ 150°C".
Le professeur Huppertz souligne un autre avantage : "En plus de la lumière bleue de la DEL à semi-conducteur, il est possible de produire une lumière blanche efficace en utilisant un seul luminophore obtenu à partir de matières premières disponibles." Pour ce faire, deux phosphores différents à base d'europium sont actuellement mélangés. Suta ajoute : "Cela offre la possibilité de créer une LED émettant de la lumière blanche avec une large possibilité d'accord des couleurs."
Les chercheurs soulignent que d'autres études sont nécessaires pour déterminer les densités de puissance requises pour l'excitation. Le professeur Huppertz conclut : "Nous devons voir si la luminosité et la consommation d'énergie d'une DEL dotée d'un phosphore activé au manganèse et basée sur notre concept peuvent réellement concurrencer les DEL actuelles.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
