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LED-Lampen: Computer machen neues Licht

Mit Data-Mining konnten Chemiker einen neuen Stoff finden, der aus blauem LED-Licht weißes Licht macht, ohne seltene Stoffe oder komplizierte Syntheseverfahren benutzen zu müssen.

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Der Leuchtstoff von weißen LEDs macht sie teuer. Forscher fanden eine billigere Lösung.
Der Leuchtstoff von weißen LEDs macht sie teuer. Forscher fanden eine billigere Lösung. (Bild: Alexander Merz/Golem.de)

Weißes Licht aus LEDs zu erzeugen, ist nicht so einfach, wie es zunächst scheint. Natürlich wirkendes weißes Licht ist eine Mischung von Lichtfarben über das gesamte Lichtspektrum. Aber LEDs sind nur in der Lage, Licht einer bestimmten Wellenlänge zu erzeugen. Um trotzdem angenehmes weißes Licht zu erzeugen, braucht es phosphoreszierende Schichten, die in einem möglichst breiten Bereich des Spektrums leuchten.

Inhalt:
  1. LED-Lampen: Computer machen neues Licht
  2. Angenehme Farben und einfache Herstellung

Solche Materialien brauchten bisher große Mengen seltener Ausgangsstoffe oder teure Herstellungsverfahren, verloren bei hohen Temperaturen an Effizienz oder emittierten Licht in so engen Spektren, dass das Licht unnatürlich wirkte. Mit Computeralgorithmen, die ursprünglich für Computerübersetzungen entwickelt wurden, haben Forscher in den USA und Korea einen neuen Stoff gefunden, der diese Probleme nicht hat.

Phosphoreszierende Stoffe sind seit dem 17. Jahrhundert bekannt. Phosphoreszenz ist die Eigenschaft einiger Stoffe, Licht einer Wellenlänge zu absorbieren und später als Licht einer größeren Wellenlänge wieder abzugeben. Es hängt vom Stoff ab, welche Wellenlängen absorbiert und emittiert werden. So kann mit LEDs, die kurzwelliges blaues oder violettes Licht abgeben, weißes Licht erzeugt werden.

Computer treffen die Vorauswahl für die Chemiker

Die phosphoreszierende Schicht muss dazu entweder aus einem Stoff bestehen, der das langwelligere Licht über ein breites Spektrum abgibt, oder aus einer Mischung von Stoffen, die jeweils ein engeres Spektrum emittieren. Bisher gab es aber noch keinen Stoff, der die nötigen optischen Eigenschaften mit einfacher Herstellbarkeit kombiniert und dabei temperaturstabil ist. Ab einer bestimmten Temperatur verlieren die Stoffe ihre Phosphoreszenz und auch davor schon an Leuchtkraft.

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Als Trägermaterial kommen hauptsächlich kristalline Stoffe zum Einsatz. Obwohl schon Tausende solcher Stoffe synthetisiert und charakterisiert wurden, ist die Zahl der Kombinationsmöglichkeiten gigantisch. Es gibt viel mehr mögliche neue Stoffe, als jemals hergestellt und untersucht werden können. Die Chemiker müssen also Wege finden, im großen Raum der Kombinationsmöglichkeiten nach vielversprechenden Kandidaten zu suchen, ohne sie zuerst synthetisieren zu müssen.

Inzwischen ist es möglich, aus ersten Prinzipien die Eigenschaften von ionischen Stoffen weitgehend zu berechnen und vorherzusagen. Das sind Stoffe, die nicht durch chemische Bindungen, sondern durch ihre elektrische Ladung zusammengehalten werden und Kristalle ausbilden. Aber durch den hohen Rechenaufwand sind diese Verfahren nicht sehr effizient bei der Suche nach neuen Zusammensetzungen solcher Stoffe.

Übersetzungsalgorithmen funktionieren auch in der Chemie

2010 entwickelten Chemiker am MIT (Massachusetts Institute of Technology) ein Verfahren, um aus den Katalogen bekannter Stoffe vorherzusagen, welche Eigenschaften ein noch unbekannter Stoff haben könnte, ohne sie mit den aufwendigen Verfahren ausrechnen zu müssen. Dabei machen sich die Forscher die Ähnlichkeit bestimmter chemischer Elemente zunutze.

Beispielsweise kann in vielen ionischen Verbindungen Eisen durch Nickel ersetzt werden, ohne dass sich die Kristallstruktur des Stoffs ändert. Mathematisch sind die Algorithmen die gleichen wie in einer automatischen Übersetzung. Aus den bekannten Einträgen der Datenbank soll vorhergesagt werden, welche Eigenschaften ein Stoff mit welcher Wahrscheinlichkeit hat, bei dem nur ein Ion ausgetauscht wurde.

Angenehme Farben und einfache Herstellung 
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smile321 29. Mär 2018

ja der finanzielle Aspekt ist natürlich ein großer Pluspunkt bei so einem Mietmodell...

bombinho 24. Feb 2018

Moment, hier musst du wohl deine These noch einmal auf ihre Haltbarkeit ueberpruefen...

Axcyer 23. Feb 2018

Natürlich sind solche Bindungen einem Chemiker bekannt. Das lernt jeder im ersten...

HeroFeat 22. Feb 2018

Ich bin echt gespannt was da sonst noch so auf diese Art und Weise entwickelt werden...

Eheran 22. Feb 2018

Wenn ich nicht nach links oder rechts gucke, dann sehe ich dort natürlich auch nichts ;)


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