Dlaczego nafta powstrzymuje świecenie moich czerwonych diod LED?

63

Początkowo zamieściłem to na chemistry.stackexchange, ale nie otrzymałem żadnych odpowiedzi, więc zamieszczam je tutaj ponownie.

Krótko mówiąc - mamy elektroniczny produkt zanurzony w paliwach (nafta będąca jednym z nich) i wykorzystujący diodę LED RGB ( kliknij tutaj, aby uzyskać arkusz danych ). Ze względu na problem z uszczelnieniem w obudowie, nafta zdołała dostać się do środka i zakryć płytki drukowane. Interesujący jest efekt, jaki wywarł na płytkę drukowaną. Funkcjonalność płytki drukowanej pozostała całkowicie niezmieniona, poza tym, że czerwona dioda LED w module LED RGB całkowicie przestała się świecić. Powtórzyliśmy to ręcznie, zanurzając 2 nowe płytki PCB w nafcie na jeden dzień, a następnie wyjmując je, zasilając i obserwując, że czerwona dioda LED przestaje się całkowicie świecić. Zielone i niebieskie diody LED nadal świecą dobrze.

Badanie uszkodzonych kart wykazało, że nie ma innych uszkodzeń elektrycznych. Tylko czerwona dioda LED całkowicie przestaje się świecić. Zmierzyliśmy napięcie przewodzenia na każdej z diod LED w stanie awarii, ale nie zauważyliśmy żadnej znaczącej różnicy, która tłumaczyłaby usterkę.

Po pozostawieniu płytek do wyschnięcia czerwona dioda LED zaczyna ponownie działać. Problem nie jest więc trwały.

Patrząc na ostatnią stronę w arkuszu danych, materiał LED jest wymieniony jako AlGaInP / GaAs . Czy istnieje jakaś oczywista reakcja między naftą a tymi materiałami, która wyjaśniałaby, dlaczego tylko czerwona dioda LED przestaje działać?

Aktualizacja 1 : Przeprowadziłem następujące eksperymenty:

  • Kapiąca nafta na diodę LED.
  • Zanurzenie PCB + LED w nafcie podczas pracy.

(Mam nadzieję, że filmy będą kontynuowane później dzisiaj)

W obu przypadkach nie zaobserwowano żadnego wpływu na diodę LED - nadal działała dobrze. To wydaje się wskazywać, że problem nie jest wyłącznie problemem optycznym między naftą a diodą LED. Do tej pory problem pojawił się dopiero po pewnym czasie moczenia diody LED w nafcie.

Aktualizacja 2 : Wziąłem świeżą płytkę drukowaną z diodą LED (jeszcze nie wykonałem żadnych testów z samą diodą LED) i zanurzyłem ją w nafcie. Zrobiłem kilka zdjęć diody LED przed zanurzeniem, po namoczeniu, gdy nie działa i po wznowieniu pracy po pozostawieniu do wyschnięcia.

Zdjęcia pokazują, że soczewka LED ma wyraźne wybrzuszenie w czasie, gdy nie działa. Gdy wybrzuszenie zniknie, dioda LED ponownie się zaświeci.

Niestety nie mam kamery ustawionej na płytce drukowanej, aby zobaczyć dokładny moment, w którym przestaje ona działać. Pozwoliłam namoczyć przez około godzinę, zanim przestanie działać. Od czasu do czasu sprawdzałem diodę LED i nie zauważyłem żadnej zmiany jasności diody LED. Przyszedłem to sprawdzić raz i było po prostu wyłączone. Podejrzewam, że zmiana jest nagła.

Sądząc po obrzęk, idę się domyślić, że istnieją pewne uszkodzenia mechaniczne wewnętrznie, że coś się rusza, a raz obrzęk ustępuje wypływa z powrotem do pozycji.

Po lewej: dioda LED nasączona naftą; Po prawej: normalna dioda LED Po lewej: dioda LED nasiąknięta naftą w stanie awarii;  Po prawej: normalna dioda LED

Dioda LED w stanie awarii po namoczeniu Dioda LED w stanie awarii po namoczeniu

Normalna dioda LED Normalna dioda LED

Po lewej: dioda LED nasiąknięta naftą po pozostawieniu do wyschnięcia i w stanie roboczym; Po prawej: normalna dioda LED Po lewej: dioda LED nasiąknięta naftą po pozostawieniu do wyschnięcia i w stanie roboczym;  Po prawej: normalna dioda LED

LED nasączone naftą po pozostawieniu do wyschnięcia i w stanie roboczym LED nasączone naftą po pozostawieniu do wyschnięcia i w stanie roboczym

Amr Bekhit
źródło
6
Co znaczy „nie działa”? Czy to oznacza tylko, że nie widzisz żadnego światła , czy to oznacza, że ​​dioda ma bardzo wysoką lub bardzo niską rezystancję DC? Czy to znaczy, że zmienia się napięcie przewodzenia lub prąd o stałym napięciu?
Marcus Müller,
8
Dzikie zgadywanie: może nafta jest optycznie nieprzezroczysta dla czerwonego światła (szczególnie długości fali twoich czerwonych modeli LED). Spróbuj sprawdzić, czy czerwone światło LED można zobaczyć przez szybę pełną nafty, ale trzymaj LED poza szkłem .
Lorenzo Donati,
6
Czy dzieje się tak z czerwoną diodą LED w minimalnym obwodzie na długich przewodach, po prostu zanurzającą diodę LED? Czy przestaje działać natychmiast czy po pewnym czasie?
pjc50,
5
Dla tych, którzy myślą, że jest to nie na temat i należy do Physics.SE, IMO nie jest. Chociaż przyznaję, że fizycy mogliby lepiej wiedzieć o omawianym zjawisku, jest to całkowicie na ten temat, ponieważ dotyczy materiałów, z których wykonana jest rzeczywista część i jej interakcji ze środowiskiem zewnętrznym. Myślę, że to bardzo dobre pytanie dla tej witryny (projekt EE zastosowany w trudnych / ekstremalnych warunkach). IMO jest to jeden z tych przypadków, w których cross-posting jest użyteczny / potrzebny.
Lorenzo Donati,
3
Żeby się upewnić ... Nie używasz barwionej nafty nafty, prawda? Ponieważ jest to bardzo powszechna rzecz: agriculture.ny.gov/WM/Kerosene.html
JPhi1618

Odpowiedzi:

14

Zmierzyliśmy napięcie przewodzenia i nie zauważyliśmy żadnej zmiany.

Fizycznie jestem całkiem pewien, że oznacza to, że interfejs półprzewodnikowy nadal wytwarza fotony z tą samą szybkością i długością fali, co wcześniej.

Coś się dzieje z tymi fotonami.

Co powinieneś zrobić, to uzyskać działające źródło czerwonego światła o tej samej długości fali (np. Inną z twoich diod LED), wyodrębnić materiał „soczewki” z diody „dawcy”:

Obraz LED

np. przez odcięcie żyletki, testowanie transmisji czerwonego światła przed i po namoczeniu tego materiału w nafcie.

Ponieważ ten obiektyw jest mały, prawdopodobnie powinieneś użyć czegoś takiego jak kawałek tektury z dziurkowanym otworem za pomocą igły (nie pozwól, aby otwór dostał się mały, aby nie mieć dużej dyfrakcji ...) i umieść obiektyw przed tym otworem.

Domyślam się, że moczenie materiału w nafcie prowadzi do drastycznej zmiany właściwości optycznych, co może bardzo dobrze oznaczać, że albo

  1. Twój obiektyw pochłania teraz czerwone światło lub
  2. Twój obiektyw nie skupia teraz czerwonego światła, ale go rozprasza.

Aby wykluczyć 2., potrzebujesz bardzo, bardzo ciemnego pokoju i jakiegoś sposobu, aby ocenić rozkład światła. W efekcie, bez optycznego wyposażenia laboratorium laboratoryjnego, w obu przypadkach nafta zawiera mieszaninę różnych węglowodorów, a te są rozpuszczalne w innych węglowodorach, takich jak przezroczysty materiał używany do ochrony rzeczywistych diod LED i działający jak soczewka.

Marcus Müller
źródło
4
Cóż, większość plastików nie jest stosowana do soczewek LED!
Marcus Müller,
3
Informacje ogólne, tworzywa sztuczne stosowane w urządzeniach optycznych są amorficzne, ponieważ tworzywa krystaliczne są zwykle nieprzezroczyste .
Dmitrij Grigoryev,
2
@DmitryGrigoryev właśnie to mnie dezorientuje i dlatego chciałbym zobaczyć, jak OP wykonuje te eksperymenty. Obaj zgadzamy się, że jeśli napięcie przewodzenia nie spadnie, należy wyemitować te same fotony, a dioda LED, która działa „normalnie”, więc musi to być efekt optyczny.
Marcus Müller,
2
Próbowałem kapiącą naftę na diodę LED i zanurzając ją, ale nie ma natychmiastowego wpływu na diodę LED. Spróbuję zanurzyć go, gdy jest uruchomiony, i zobaczę, czy są jakieś stopniowe zmiany.
Amr Bekhit
2
@AmrBekhit upewnij się, że jesteś zanurzenie tylko dioda (tzn rozlutowywać go od płyty i powiesić go z niektórych drutów), aby jednocześnie mieć pewność, że to faktycznie dioda sama działających w górę, a nie jakiś niejasny efekt w innej części tablica.
FlashCactus,
14

Moje 5 centów:

Obecnie większość diod LED jest pokryta silikonem. Silikon ma dobrą przepuszczalność LZO (lotnych związków organicznych, np. Alkanów i ich izomerów), które są częścią nafty.

LZO wchodzące do silikonu mogą oddziaływać z matrycą silikonową, zmieniając jej właściwości optyczne. Często obserwowane uszkodzenie: zalewanie / soczewka może stać się mleczna lub rozproszona, a żółknięcie można zaobserwować.

Niektóre LZO zostaną rozbite przez niebieskie światło diody LED, które zwykle prowadzi do czernienia zalewania / soczewek LED.

Efekty te są (częściowo) odwracalne. Oznacza to, że odbarwienie soczewek zniknie, jeśli LZO będą mogły ponownie wydostać się na zewnątrz. Dzieje się to szybciej, jeśli zostanie podgrzane w warunkach pracy diody LED.

Zatem moje wyjaśnienie brzmi: Edytuj: wysoce spekulacyjne Duże ilości nafty mogą zawierać również związki aromatyczne, o których wiadomo, że są optycznie aktywne (np. Patrz pigmenty barwników azowych ). Siły Van der Waalsa mogą zmieniać zachowanie rezonansowe związków aromatycznych, co jest możliwe, gdy lotne związki organiczne wchodzą w matrycę z gumy silikonowej. To może wyjaśniać, dlaczego frakcje nafty uzyskują czerwone działanie filtrujące podczas wchodzenia do doniczki.

Edycja: Nie mogę wykluczyć interakcji LZO z samym półprzewodnikiem, ale mam trudności z wyobrażeniem sobie, jak to może działać. Kryształ jest prawie nieprzepuszczalny dla czegokolwiek w temperaturze pokojowej, dlatego interakcja może nastąpić tylko na powierzchni kości. Ponieważ emisja światła zachodzi wszędzie w pobliżu granicy pn, wątpię, aby składniki nafty mogły zapobiec wytwarzaniu fotonów. Tylko absorpcja i filtrowanie IMO to efekty, na które trzeba się zwrócić.

Innym winowajcą pogorszenia jakości LED jest siarkowodór, który można znaleźć również wśród innych związków siarki w nafcie. Ale korozja siarki w LED nie jest odwracalnym AFAIK, więc można to wykluczyć IMO.

Ariser
źródło
Czy zmiany te mogą również obejmować rozpoczęcie fluorescencji? Zaabsorbować światło widzialne, emitując je gdzieś w podczerwieni? Czy mógłbyś - jeśli tak - zobaczyć te fotony za pomocą kamery internetowej?
Piotr
2
Istnieje kilka doskonałych zasobów opisujących problem z absorpcją LZO w diodach LED niektórych producentów, np. Cree , OSRAM . Nie jestem jednak pewien, czy byłby to problem z diodami LED OP - mają one stosunkowo niską moc i wydaje się, że pochłonięte LZO są mniej podatne na rozpad, tak jak w przypadku jasnych / gorących diod LED wysokiej mocy.
Matt B,
1
Zdecydowanie występuje efekt odzyskiwania, gdy LZO wyparowuje z opakowania silikonowego - sam to zauważyłem w diodach LED, które pochłonęły LZO wytwarzany przez klej użyty gdzie indziej w urządzeniu.
Matt B,
2
Dzięki za odpowiedź. Po zbadaniu jednej z diod LED, gdy była w stanie awarii, nie zauważyłem niczego widocznie z nią nie tak. Nie było śladu zmętnienia ani okluzji - soczewka wydawała się idealnie czysta. Spróbuję powtórzyć test i zdobyć zdjęcia, aby móc je opublikować.
Amr Bekhit,
2
Kontynuując, rzuciłem okiem na diody LED na dwóch płytkach drukowanych, które testowałem około tydzień temu i bardzo wyraźnie widać żółknięcie soczewki LED. Wydaje się, że ta reakcja na nafty, o której wspominasz, ma miejsce. Jednak właśnie zaktualizowałem pytanie o kilka zdjęć pokazujących wybrzuszenie soczewki LED w stanie nieudanym po namoczeniu. Mam wrażenie, że problem ma charakter mechaniczny, tzn. Wybrzuszenie coś odłącza.
Amr Bekhit,
1

Domyślam się, że nafta absorbuje czerwone fotony i podgrzewa plastikową soczewkę, powodując jej wybrzuszenie, co z kolei powoduje rozproszenie fotonów. Masz więc podwójny efekt absorpcji i rozproszenia czerwonych fotonów. Istnieje również możliwość, że w pewnym momencie pęcznienie wytwarzanego ciepła przez tworzywo tworzy połączenie o wysokiej rezystancji, które wraca do „normalności” po wyschnięciu diody LED.

Guill
źródło
3
Chociaż nie wspomniałem o tym szczególe w pierwotnym pytaniu, wiem, że tak nie jest. Wynika to z faktu, że jeśli pozostawisz PCB w nafcie bez zasilania, a następnie wyjmiesz go i włączysz , nie zadziała. Dlatego wybrzuszenie nie ma nic wspólnego z produkowanym światłem i jest wyłącznie spowodowane ekspozycją na naftę.
Amr Bekhit,