Αν έχεις τηλεόραση που όταν τη θέτεις σε λειτουργία νιώθεις πως ‘παίζεις’ στην ταινία ή το σίριαλ που παρακολουθείς (τόσο ‘ζωντανά’ είναι τα χρώματα), πιθανότατα περιλαμβάνει την ανακάλυψη που κέρδισε φέτος το Νόμπελ Χημείας.
Είναι οι κβαντικές κουκίδες.
Πριν δούμε περί τίνος πρόκειται, ας ασχοληθούμε με κάποιες βασικές πληροφορίες.
ΠΩΣ ΒΓΑΖΟΥΝ ΤΟ ΦΩΣ ΚΑΙ ΤΑ ΧΡΩΜΑΤΑ ΟΙ ΟΘΟΝΕΣ ΜΑΣ
Οι οθόνες LCD (Liquid Crystal Displays -Οθόνες Υγρών Κρυστάλλων) έχουν λευκό οπίσθιο φωτισμό (συνήθως LED -Light-Emitting Diodes, δηλαδή Διόδων Εκπομπής Φωτός) που λάμπει μέσα από ένα στρώμα υγρών κρυστάλλων.
Οι ίδιοι οι υγροί κρύσταλλοι δεν εκπέμπουν φως.
Αντίθετα, λειτουργούν ως ‘παραθυρόφυλλα’. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα pixel (λέξη που προέχεται από το picture και το element και μεταφράζεται ως εικονοστοιχείο -είναι η μικρότερη μονάδα ψηφιακής εικόνας ή γραφικού και ‘δίνει’ ό,τι εμφανίζεται σε μια οθόνη), αλλάζει τον προσανατολισμό των υγρών κρυστάλλων, επιτρέποντας ή εμποδίζοντας το φως από τον οπίσθιο φωτισμό.
Τα χρωματικά φίλτρα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κόκκινων, πράσινων και μπλε υποεικονοστοιχείων. Mε τον έλεγχο της έντασης των υποπίξελ παράγονται διάφορα χρώματα.
Οι oθόνες LED (τύπος τηλεόρασης LCD), χρησιμοποιούν οπίσθιο φωτισμό οθόνης υγρών κρυστάλλων. Βασίζονται στην ίδια τεχνολογία υγρών κρυστάλλων για τον έλεγχο της διέλευσης του φωτός. Αντί όμως, για έναν ενιαίο λευκό οπίσθιο φωτισμό, χρησιμοποιούν μια σειρά από LED τοποθετημένα πίσω από την οθόνη.
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν τοπικές τεχνικές μείωσης της φωτεινότητας και ανάμειξης χρωμάτων για τη βελτίωση της ακρίβειας και της αντίθεσης των χρωμάτων.
Οι οθόνες OLED (Organic Light-Emitting Diodes -Οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός) είναι γνωστές για τα πλούσια και ζωντανά τους χρώματα. Έχει εκατομμύρια pixels. Κάθε ένα αποτελείται από οργανικές ενώσεις που εκπέμπουν φως, όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα.
Eίναι οθόνες “εκπομπής”, που σημαίνει ότι κάθε pixel παράγει το δικό του φως. Αυτό επιτρέπει πραγματικά επίπεδα μαύρου και εξαιρετική ακρίβεια χρώματος.
Κάθε pixel σε μια οθόνη OLED μπορεί να εκπέμπει ανεξάρτητα κόκκινο, πράσινο και μπλε φως, επιτρέποντας τον ακριβή έλεγχο των χρωμάτων.
Με τις κβαντικές κουκίδες που υπάρχουν στις QLED και τις neo QLED οθόνες, τα πράγματα είναι πολύ πιο απλά, αφού το μικροσκοπικό μέγεθος τους δίνει ‘χώρο’ για περισσότερα LED και άρα καλύτερο χρώμα και πιο φωτεινό αποτέλεσμα.
TI EINAI OI KBANTIKEΣ ΚΟΥΚΙΔΕΣ
Ορισμένες τηλεοράσεις που κυκλοφορούν ήδη, έχουν φίλτρο κβαντικής κουκίδας που αναπαράγει το χρώμα, βάσει του πλάτους της.
Μια κβαντική κουκκίδα πλάτους επτά νανόμετρων μετατρέπει το φως σε κόκκινο, μια κουκκίδα πέντε νανόμετρων μετατρέπει το φως σε πράσινο και μια κουκκίδα πλάτους τριών νανόμετρων μετατρέπει το φως σε μπλε φως.
Το φίλτρο κβαντικής κουκίδας χρησιμοποιείται όλο και πιο συχνά, επειδή είναι εξαιρετικό στην αναπαραγωγή χρωμάτων με μεγαλύτερη ακρίβεια από τις παραδοσιακές τηλεοράσεις LED-LCD και τηλεοράσεις OLED.
Ενισχύει τη φωτεινότητα και την ακρίβεια των χρωμάτων που προσφέρουν οι LCD τηλεοράσεις που τις περιέχουν.
Η ίδια ανακάλυψη βοηθά βιοχημικούς και γιατρούς να χαρτογραφήσουν βιολογικούς ιστούς -όταν αφαιρούν ιστό όγκου.
Οι κβαντικές κουκίδες λοιπόν, είναι νανοσωματίδια (νανοκρύσταλλοι) με ιδιαίτερες ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες. Τις ανακάλυψαν και τις συνέθεσαν οι Μούνγκι Μπαουέντι του ΜΙΤ, ο Λούις Μπρους του Columbia University και ο Αλεξέι Εκίμοφ της αμερικανικής εταιρείας Nanocrystals Technology, στους οποίους απονεμήθηκε το φετινό Νόμπελ Χημείας.
Όπως αναφέρεται στο δελτίο Τύπου «είναι νανοσωματίδια, τόσο μικροσκοπικά που το μέγεθός τους καθορίζει τις ιδιότητές τους. Έχε πρόχειρη την πληροφορία πως το νανόμετρο είναι ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου.
Ο καθένας που μελετά τη χημεία μαθαίνει ότι οι ιδιότητες ενός στοιχείου διέπονται από το πόσα ηλεκτρόνια έχει. Ωστόσο, όταν η ύλη συρρικνώνεται σε νανοδιαστάσεις προκύπτουν κβαντικά φαινόμενα, τα οποία διέπονται από το μέγεθος της ύλης.
Οι βραβευμένοι με Νόμπελ Χημείας 2023 κατάφεραν να παράγουν σωματίδια τόσο μικρά που οι ιδιότητές τους καθορίζονται από κβαντικά φαινόμενα.
Τα σωματίδια, που ονομάζονται κβαντικές κουκκίδες, έχουν πλέον μεγάλη σημασία στη νανοτεχνολογία.
Ο Johan Åqvist, Πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ για τη Χημεία δήλωσε πως «οι κβαντικές κουκκίδες έχουν πολλές συναρπαστικές και ασυνήθιστες ιδιότητες. Είναι σημαντικό ότι έχουν διαφορετικά χρώματα ανάλογα με το μέγεθός τους».
Πώς συνετέθησαν οι κβαντικές κουκίδες -κάτι που θεωρείτο αδύνατο για χρόνια
Οι φυσικοί γνώριζαν εδώ και καιρό ότι στη θεωρία τα κβαντικά φαινόμενα εξαρτώμενα από το μέγεθος μπορούσαν να προκύψουν σε νανοσωματίδια. Ήταν όμως, σχεδόν αδύνατη η σύνθεση τους.
Πάντα σύμφωνα με το δελτίο Τύπου που δημοσιεύτηκε στην ιστοσελίδα των Νόμπελ «στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ο Alexei Ekimov κατάφερε να δημιουργήσει κβαντικά εφέ που εξαρτώνται από το μέγεθος σε έγχρωμο γυαλί.
Το χρώμα προήλθε από νανοσωματίδια χλωριούχου χαλκού και ο Ekimov έδειξε ότι το μέγεθος των σωματιδίων επηρέαζε το χρώμα του γυαλιού μέσω κβαντικών επιδράσεων.
Λίγα χρόνια αργότερα, ο Louis Brus ήταν ο πρώτος επιστήμονας στον κόσμο που απέδειξε κβαντικές επιδράσεις που εξαρτώνται από το μέγεθος σε σωματίδια που επιπλέουν ελεύθερα σε ένα ρευστό.
Το 1993, ο Moungi Bawendi έφερε επανάσταση στη χημική παραγωγή κβαντικών κουκκίδων, με αποτέλεσμα σχεδόν τέλεια σωματίδια. Αυτή η υψηλή ποιότητα ήταν απαραίτητη για να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι στο μέλλον οι κβαντικές κουκίδες θα μπορούσαν να συνεισφέρουν σε ευέλικτα ηλεκτρονικά, μικροσκοπικούς αισθητήρες, λεπτότερα ηλιακά κύτταρα και κρυπτογραφημένη κβαντική επικοινωνία».
ΠΟΙΕΣ ΤΗΛΕΟΡΑΣΕΙΣ ΕΧΟΥΝ ΚΒΑΝΤΙΚΕΣ ΚΟΥΚΙΔΕΣ
Οι oθόνες LED-LCD που χρησιμοποιούν φίλτρα κβαντικής κουκκίδας ονομάζονται τηλεοράσεις QLED, QNED, Quantum ή miniLED.
Οι oθόνες OLED που τα χρησιμοποιούν ονομάζονται τηλεοράσεις QD-OLED.
Tώρα μπορείς να καταλάβεις και τις διαφορές που υπάρχουν στις τιμές και όπως συμβαίνει συνήθως με την τεχνολογία, εξαρτώνται από την έρευνα που γίνεται και τις ανακαλύψεις -οι οποίες ενίοτε δίνουν και Νόμπελ.
