कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने नैनो तकनीक, रंग विज्ञान, उन्नत कम्प्यूटेशनल विधियों, इलेक्ट्रॉनिक्स और एक अद्वितीय निर्माण प्रक्रिया के संयोजन का उपयोग करके अगली पीढ़ी के स्मार्ट प्रकाश व्यवस्था के विकास का नेतृत्व किया है। वे क्वांटम डॉट्स से स्मार्ट, रंग-नियंत्रित सफेद प्रकाश उपकरणों के साथ आते हैं।
मुख्य रूप से एलईडी में उपयोग किए जाने वाले तीन से अधिक प्राथमिक प्रकाश रंगों का उपयोग करके, वैज्ञानिक दिन के उजाले को अधिक सटीक रूप से उत्पन्न कर सकते हैं। जब परीक्षण किया गया, तो सिस्टम ने उत्कृष्ट रंग प्रतिपादन, वर्तमान स्मार्ट प्रकाश प्रौद्योगिकी की तुलना में व्यापक ऑपरेटिंग रेंज और सफेद प्रकाश अनुकूलन के व्यापक स्पेक्ट्रम का प्रदर्शन किया।
1990 के दशक से, क्वांटम डॉट्स को उनके उत्कृष्ट रंग शुद्धता और ट्यूनेबिलिटी के कारण प्रकाश स्रोतों के रूप में शोध और विकसित किया गया है। वे अपनी विशिष्ट ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक विशेषताओं के कारण व्यापक रंग नियंत्रणीयता और उच्च रंग प्रतिपादन क्षमताओं दोनों में शानदार रंग प्रदर्शन प्रदर्शित करते हैं।
वैज्ञानिकों ने अगली पीढ़ी की चमकदार सफेद रोशनी के आधार पर क्वांटम-डॉट लाइट-एमिटिंग डायोड (क्यूडी-एलईडी) के लिए एक आर्किटेक्चर विकसित किया है। उन्होंने ऐसा करने के लिए सिस्टम-स्तरीय रंग अनुकूलन, डिवाइस-स्तरीय ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सिमुलेशन और सामग्री-स्तरीय पैरामीटर निष्कर्षण को संयुक्त किया।
उन्होंने तंत्रिका नेटवर्क के लिए उपयोग किए जाने वाले रंग अनुकूलन एल्गोरिदम से एक कम्प्यूटेशनल डिज़ाइन ढांचा विकसित किया यंत्र अधिगम, चार्ज ट्रांसपोर्ट और लाइट एमिशन मॉडलिंग के लिए एक नई विधि के साथ।
वैज्ञानिकों ने जिन क्वांटम डॉट्स का इस्तेमाल किया, उनका व्यास तीन से 30 नैनोमीटर के बीच था। चुनने के द्वारा क्वांटम डॉट्स एक विशिष्ट आकार के, वे एल ई डी की कुछ व्यावहारिक सीमाओं को दूर करने में सक्षम थे। ऐसा करने से उन्हें अपनी भविष्यवाणियों का परीक्षण करने के लिए आवश्यक उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य प्राप्त करने में भी मदद मिली।
इसके बाद टीम ने QD-LED-आधारित व्हाइट लाइटिंग का एक नया डिवाइस आर्किटेक्चर बनाकर उनके डिज़ाइन को मान्य किया। परीक्षण ने उत्कृष्ट रंग प्रतिपादन, वर्तमान तकनीक की तुलना में एक व्यापक ऑपरेटिंग रेंज और सफेद प्रकाश छाया अनुकूलन का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम दिखाया।
नए डिज़ाइन किए गए QD-LED सिस्टम ने वर्तमान एलईडी-आधारित स्मार्ट लाइटों की तुलना में 2243K (लाल) से 9207K (उज्ज्वल दोपहर का सूरज) तक एक सहसंबद्ध रंग तापमान (CCT) रेंज दिखाया, जिसमें 2200K और 6500K के बीच CCT है। कलर रेंडरिंग इंडेक्स (CRI) - दिन के उजाले (CRI = 100) की तुलना में प्रकाश द्वारा प्रकाशित रंगों का एक माप - QD-LED सिस्टम का 97 था, जो वर्तमान स्मार्ट बल्ब रेंज की तुलना में 80 और 91 के बीच था।
डिज़ाइन स्मार्ट लाइटिंग के द्वार खोल सकता है जो अधिक सटीक और कुशल है। एक एलईडी स्मार्ट बल्ब में एक विशिष्ट रंग का उत्पादन करने के लिए तीन एलईडी में से प्रत्येक को अलग से विनियमित किया जाना चाहिए। क्यूडी-एलईडी सिस्टम में पूरे रंग तापमान रेंज को पूरा करने के लिए सभी क्वांटम डॉट्स एक सामान्य नियंत्रण वोल्टेज द्वारा संचालित होते हैं।
से प्रोफेसर जोंग मिन किम कैंब्रिजअनुसंधान का सह-नेतृत्व करने वाले इंजीनियरिंग विभाग ने कहा, "यह एक विश्व-पहला है: पूरी तरह से अनुकूलित, उच्च-प्रदर्शन क्वांटम-डॉट-आधारित स्मार्ट व्हाइट लाइटिंग सिस्टम। दैनिक अनुप्रयोगों के लिए क्वांटम-डॉट-आधारित स्मार्ट व्हाइट लाइटिंग का पूरी तरह से दोहन करने की दिशा में यह पहला मील का पत्थर है।"
शोध का सह-नेतृत्व करने वाले प्रोफेसर गेहान अमरतुंगा, कहा, "एक ही प्रकाश में गतिशील रूप से अपने अलग-अलग रंग स्पेक्ट्रम के माध्यम से दिन के उजाले को बेहतर ढंग से पुन: पेश करने की क्षमता है जिसका हमने लक्ष्य रखा है। हमने क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके इसे नए तरीके से हासिल किया। यह शोध विभिन्न नए मानव उत्तरदायी प्रकाश वातावरण के लिए रास्ता खोलता है।"
जर्नल संदर्भ:
- समरकून, सी।, चोई, एचडब्ल्यू, ली, एस। एट अल। कम्प्यूटेशनल डिजाइन फ्रेमवर्क के साथ क्वांटम-डॉट लाइट-एमिटिंग डायोड व्हाइट लाइटिंग के लिए ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम और डिवाइस इंटीग्रेशन। नट कम्यून 13, 4189 (2022)। डीओआई: 10.1038/s41467-022-31853-9
