LED-Frischenachweis für Obst
Perowskit-modifizierte LEDs zeigen Lebensmittelverderb an
Ein Forschungsteam hat Leuchtdioden (LEDs) hergestellt, die Licht in zwei Wellenlängenbereichen gleichzeitig ausstrahlen und für eine vereinfachte die Frischeüberwachung von Obst verwendet werden können. Wie die Forschenden in der Zeitschrift Angewandte Chemie schreiben, bewirkte eine Modifizierung mit Perowskitmaterialien, dass die LEDs auch im Nahinfrarotbereich emittierten, einem Wellenlängenbereich, der in der berührungsfreien Lebensmittelüberwachung wichtig ist.
Perowskite sind Kristalle, die Licht einfangen und umwandeln können. Wegen ihrer einfachen Herstellung und großen Effizienz werden Perowskite in Solarzellen, aber auch für andere Technologien eingesetzt und intensiv erforscht. Angshuman Nag und sein Team am Indian Institute of Science Education and Research (IISER) in Pune (Indien) stellen nun eine Anwendung in der LED-Technologie vor, die die Qualitätsprüfung von frischem Obst und Gemüse vereinfachen könnte.
Da unbehandelte LEDs nur in einem recht engen Lichtbereich ausstrahlen, werden sie für Raumlichtanwendungen mit lumineszierenden Substanzen beschichtet. Diese sogenannten Phosphor-konvertierten (pc) LEDs können den weißen Sonnenlichtbereich recht gut abdecken. Um darüber hinaus noch eine starke Bande im Nahinfrarotbereich zu erhalten, entwickelten Nag und seine Kolleg*innen eine besondere doppelt emittierende Beschichtung für pc-LEDs.
Diese bestand aus einem doppelten, sowohl mit Bismut als auch mit Chrom dotierten Perowskitkristall. Wie die Forschenden feststellten, strahlte die Bismutkomponente warmweißes Licht aus, während die Chromatome einen Teil der Energie in eine starke Bande im Nahinfrarot abgaben.
Nahinfrarotlicht (NIR) verwendet die Lebensmittelindustrie bereits, um Obst und Gemüse auf ihren Frischezustand zu überprüfen. „Nahrungsmittel enthalten Wasser, das die breite Nahinfrarotemission bei etwa 1000 Nanometern absorbiert“, erklären Nag und sein Doktorand Sajid Saikia, der Erstautor der Arbeit. „Je mehr Wasser [in Faulstellen] enthalten ist, desto stärker wird die NIR-Strahlung absorbiert und ein Bild, das unter Nahinfrarotlicht aufgenommen wird, zeigt einen dunkleren Kontrast. Mit diesem einfachen, berührungsfreien Bildgebungsvorgang können wir den Wassergehalt an verschiedenen Stellen des Lebensmittels abschätzen und somit die Frische bestimmen.“
Bei der Inspektion von Äpfeln und Erdbeeren fielen unter derart modifizierten pc-LEDs dunkle Stellen auf, die auf dem normalen Kamerabild nicht zu sehen waren. Durch die Beleuchtung sowohl mit weißem als auch NIR-Licht ließ sich sowohl die normale Färbung mit bloßem Auge als auch verborgene schlechtere Stellen entdecken.
Nag und sein Team stellen sich für die Zukunft ein kompaktes Gerät für eine gleichzeitig visuelle und NIR-Inspektion von Lebensmitteln vor. Das würde jedoch zwei Detektoren einschließen, einen für das sichtbare und einen für das NIR-Licht, was für allgemeinere Anwendungen kostenmäßig noch eine Herausforderung sein könnte. Andererseits sei die pc-LED selbst leicht, ohne Verlust von Chemikalien und lösungsmittelfrei herzustellen. Das Team ist deshalb zuversichtlich, dass sich solche dual emittierende pc-LEDs bei einer ausreichenden Qualifikation in der Langlebigkeit und Skalierbarkeit für allgemeine Anwendungen eignen werden.
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