Princeton: Prvá LED dióda vytvorená iba za pomoci 3D tlačiarne
V dnešnej dobe môžete s využitím 3D tlačiarne vytvoriť takmer čokoľvek – od častí ľudského tela cez elektroniku až po hračky. Ak trochu sledujete trendy v tejto oblasti, istotne ste už započuli niečo o 3D tlači LED diód. Avšak kompletne celá LED dióda nebola doteraz výlučne s využitím 3D tlačiarne nikdy vytvorená.
LED dióda pozostáva až z piatich materiálov
Pri predstave 3D tlačiarne sa vám pravdepodobne vybaví niečo ako MakerBot – ďalší zlepšovák, ktorý dokáže vytvárať reálne predmety z plastu, pri väčšom šťastí dokonca aj z kovu. Mnohých vedcov však zaujíma skôr možnosť využitia zásad 3D tlače a aditívnych výrob k vytvoreniu kompletných malých elektronických zariadení, tak ako je to aj v prípade nového druhu LED čipu – diela výskumníkov z Princetonskej univerzity. Tím za pomoci 3D tlačiarne vyrobenej na zákazku dokázal vytvoriť LED svetlo na princípe kvantových bodiek (z angl. quantum dot LED), ktoré pozostáva až z piatich rôznych materiálov. Ako tvrdí hlava tohto tímu Michael McAlpine, je to prvýkrát v histórii, čo sa niečo takéto podarilo.
Vývoj špeciálnej 3D tlačiarne
Prvým a nevyhnutným krokom v procese tvorby takýchto LED čipov bolo vytvorenie tlačiarne na ich výrobu (žiadne bežne predajné tlačiarne to totiž nedokážu). Dostať sa až takto ďaleko stálo 20 000 dolárov a trvalo viac ako šesť mesiacov. A čo viac, nikto vopred nevedel, či bude vôbec možné pri výrobe kombinovať potrebné materiály, dokonca aj v prípade tohto zariadenia vyrobeného na zákazku. Nakoniec však tím potvrdil, že ich 3D tlačiareň je plne funkčná. A to aj napriek niekoľkým neúspešným pokusom, pri ktorých boli vytlačené len skúšobné modely elektrického obvodu a následne pripojené predvyrobené LED čipy.
Vrstvy vytvorenej LED diódy
Spodnú vrstvu každého takéhoto LED svetla tvorí prstenec nanočastíc striebra, ktoré sú výbornou vodivou bázou – dokážu dokonale prepojiť LED diódu s elektrickým obvodom. Nad tým sa nachádzajú dve vrstvy vodivého polyméru, ktoré plynulo posúvajú elektrický prúd do ďalšej vrstvy. Práve táto vrstva je miestom, kde sa skutočne kvantové bodky nachádzajú – sú to polovodičové kryštály, v našom prípade nanočastice selenidu kademnatého, každý ukrytý v puzdre zo sulfidu zinočnatého. Zakaždým, keď elektrón do týchto nanočastíc narazí, uvoľní sa oranžové alebo zelené svetlo. Farbu je možné kontrolovať zmenou veľkosti častíc. Najvrchnejšiu vrstvu tvorí relatívne obyčajná zlúčenina gália a india, ktorá vypúšťa elektróny z LED diódy von.
Princíp fungovania 3D tlačiarne LED diód
Táto 3D tlačiareň funguje na rovnakom princípe ako 3D tlačiarne pracujúce s plastom, avšak v oveľa menšom meradle. Položí prvú vrstvu LED čipu, posunie sa vyššie a pridá ďalšiu vrstvu iného materiálu. Keď dokončí svoje päťvrstvové dielo, funkčná LED dióda na princípe kvantových bodiek je na svete! Tieto diódy sú v určitých aspektoch veľmi podobné LED systému, ktorý sa používa v súčasných smartfónoch či žiarovkách, ale opäť, má menšie rozmery. To je dôvod, prečo mnohé elektronické spoločnosti považujú technológiu kvantových bodiek za budúcnosť zobrazovacích technológií.
Svietiaca LED dióda založená na princípe kvantových bodiek a vytlačená na 3D tlačiarni
Ak hľadáte súčasný model kvantových bodiek, je ním AMOLED. Obrazovka zložená z kvantových bodiek spotrebováva energiu len pri zobrazovaní určitej farby, nepotrebné pixely kompletne vypína. Rozdielom však je, že LED svetlo založené na princípe kvantových bodiek dokáže zobraziť široké spektrum farieb bez akejkoľvek degradácie alebo náchylnosti na vlhko či oxidáciu LED a AMOLED čipov. To, ako postupovať pri výrobe takto drobných LED diód, bolo však vždy veľkým problémom. 3D tlačiareň vytvorená na Princetonskej univerzite vyzerá veľmi nádejne a tento problém, zdá sa, rieši.
Tím okrem tlače takýchto LED čipov na rovný povrch uspel taktiež aj na konvexnom povrchu (akým je napr. kontaktná šošovka), a dokonca z nich vytvoril aj 3D kocku. Majme však stále na pamäti, že ide o 3D tlačiareň. Tím považoval výkon LED čipov za nadpriemerný, avšak samozrejme nie až taký dobrý ako pri priemyselne vyrábaných komponentoch, ktoré sú zhotovované za pomoci tradičných metód. Na to, že sa jedná o prvé LED čipy vytvorené na 3D tlačiarni, to nie je vôbec zlé ☺
Zdroje:
- http://3dprint.com/23084/3d-printed-quantum-dot-leds/
- http://www.extremetech.com/extreme/193583-princeton-creates-a-custom-3d-printer-that-prints-quantum-dot-leds-from-scratch
