Perché il cherosene impedisce ai miei LED rossi di illuminarsi?

Inizialmente l'ho pubblicato su chemistry.stackexchange ma non ho ricevuto alcuna risposta, quindi lo ripubblico qui.

Per farla breve: abbiamo un prodotto elettronico immerso nei carburanti (il cherosene è uno di questi) e utilizza un LED RGB ( fare clic qui per la scheda tecnica ). A causa di un problema di tenuta nell'involucro, il cherosene è riuscito a entrare e coprire i PCB. La cosa interessante è l'effetto che ha avuto sul PCB. La funzionalità del PCB è stata completamente inalterata, a parte il fatto che il LED rosso nel modulo LED RGB ha smesso completamente di illuminarsi. L'abbiamo replicato manualmente immergendo 2 nuovi PCB in cherosene per un giorno e poi estraendoli e accendendoli e vedendo che il LED rosso smette di illuminarsi completamente. I LED verde e blu continuano a illuminarsi bene.

L'esame delle schede guaste mostra che non ci sono altri guasti elettrici. È solo il LED rosso che smette completamente di illuminarsi. Abbiamo misurato la tensione diretta attraverso ciascuno dei LED nella condizione di guasto, ma non abbiamo notato alcuna differenza significativa che spiegherebbe l'errore.

Dopo aver lasciato asciugare i PCB, il LED rosso riprende a funzionare. Quindi il problema non è permanente.

Guardando l'ultima pagina del foglio dati, il materiale LED è elencato come AlGaInP / GaAs . C'è qualche ovvia reazione tra il cherosene e questi materiali che spiegherebbe perché solo il LED rosso smette di funzionare?

Aggiornamento 1 : ho effettuato i seguenti esperimenti:

• Kerosene gocciolante sul LED.
• Immergere il PCB + LED in cherosene durante il funzionamento.

(Video da seguire più tardi oggi, si spera)

In entrambi i casi, il LED non ha percepito alcun effetto: ha continuato a funzionare correttamente. Ciò sembrerebbe indicare che il problema non è puramente un problema ottico tra il cherosene e il LED. Finora, il problema si è verificato solo dopo aver immerso il LED nel cherosene per qualche tempo.

Aggiornamento 2 : ho preso un nuovo PCB con LED sopra (non ho ancora fatto nessun test con solo il LED) e l'ho immerso nel cherosene. Ho scattato alcune foto ravvicinate del LED prima di immergermi, dopo essermi immerso mentre non funziona e dopo che riprende a funzionare dopo che è stato lasciato asciugare.

Ciò che le foto mostrano è che c'è un evidente rigonfiamento nell'obiettivo a LED durante il periodo in cui non funziona. Una volta che il rigonfiamento si allontana, il LED si illumina di nuovo.

Sfortunatamente, non ho una fotocamera installata sul PCB per vedere il momento esatto in cui smette di funzionare. Lo lascerei in ammollo per circa un'ora prima che smettesse di funzionare. Ogni tanto controllavo il LED e non notavo alcun cambiamento nella luminosità del LED. Sono venuto a controllarlo una volta ed era appena partito. Il mio sospetto è che il cambiamento sia improvviso.

A giudicare dal gonfiore, ho intenzione di indovinare che ci sono alcuni danni meccanici internamente che stanno muovendo qualcosa e una volta che il gonfiore si allontana, ritorna in posizione.

Sinistra: LED impregnato di cherosene; Destra: LED normale

LED in stato di errore dopo ammollo

LED normale

Sinistra: LED impregnato di cherosene dopo essere stato lasciato asciugare e funzionante; Destra: LED normale

LED impregnato di cherosene dopo essere stato lasciato asciugare e funzionante

Abbiamo misurato la tensione diretta e non abbiamo notato alcun cambiamento.

Fisicamente, sono abbastanza sicuro che questo significhi che l'interfaccia a semiconduttore sta ancora producendo fotoni con la stessa velocità e lunghezza d'onda di prima.

Quindi, succede qualcosa a quei fotoni.

Quello che dovresti fare è ottenere una fonte di lavoro di luce rossa della stessa lunghezza d'onda (ad esempio un altro dei tuoi LED), estrarre il materiale "lente" da un LED "donatore":

ad es. tagliandolo con una lama di rasoio, testando la trasmissione della luce rossa prima e dopo aver immerso il materiale nel cherosene.

Poiché quella lente è minuscola, dovresti probabilmente usare qualcosa di simile a un pezzo di cartone con un foro praticato con un ago (non lasciare che il foro si riduca troppo piccolo, per non voler avere molta diffrazione ...) e metti l'obiettivo davanti a quel buco.

La mia ipotesi è che immergere il materiale nel cherosene porti a un drastico cambiamento nelle proprietà ottiche, e ciò potrebbe benissimo significare che

1. l'obiettivo ora sta assorbendo la luce rossa o
2. la tua lente ora non sta focalizzando la luce rossa, ma la sta diffondendo.

Per escludere 2., avresti bisogno di una stanza molto molto buia e un modo per indovinare la distribuzione della luce. Quindi, in effetti, senza apparecchiature di laboratorio di progettazione ottica, in entrambi i casi, il cherosene contiene una miscela di diversi idrocarburi e quelli sono solubili in altri idrocarburi, come il materiale trasparente utilizzato per proteggere i LED effettivi e fungere da lente.

I miei 5 centesimi:

Oggi la maggior parte dei LED è impregnata di silicone. Il silicone ha una buona permeabilità per i COV (composti organici volatili, ad esempio alcani e loro isomeri), che fanno parte del cherosene.

I COV che entrano nel silicone possono interagire con la matrice di silicone, modificandone le proprietà ottiche. Danno spesso osservato: l'invasatura / la lente possono diventare lattiginose o diffuse e si può osservare un ingiallimento.

Alcuni VOC vengono interrotti dalla luce blu di un LED che di solito porta a un annerimento di invasature / lenti a LED.

È noto che tali effetti sono (parzialmente) reversibili. Cioè lo scolorimento delle lenti scompare se i COV sono in grado di emettere di nuovo gas. Ciò accade più rapidamente se riscaldato nelle condizioni operative del LED.

Quindi la mia spiegazione è: Modifica: Altamente speculativo Grandi quantità di cherosene possono contenere anche composti aromatici, che sono noti per essere otticamente attivi (ad es. Vedi pigmenti azoici ). Le forze di Van der Waals possono cambiare il comportamento risonante dei composti aromatici, che è possibile quando i COV entrano in una matrice di gomma siliconica. Questo potrebbe spiegare perché le frazioni del cherosene ottengono un comportamento di filtraggio rosso quando si entra nel vaso.

Modifica: non posso escludere l'interazione di COV con il semiconduttore stesso, ma ho difficoltà a immaginare come potrebbe funzionare. Il cristallo è quasi impermeabile per qualsiasi cosa a temperatura ambiente, quindi l'interazione può avvenire solo sulla superficie del dado. Poiché l'emissione di luce avviene ovunque vicino al confine PN, dubito che i componenti del cherosene possano impedire la generazione di fotoni. Solo l'assorbimento e il filtraggio dell'IMO sono gli effetti da curare di nuovo.

Un altro colpevole del deterioramento dei LED è l'idrogeno solforato, che può essere trovato anche tra altri composti dello zolfo nel cherosene. Ma la corrosione da zolfo nel LED non è reversibile AFAIK, quindi questo può essere escluso IMO.

La mia ipotesi è che il cherosene assorba i fotoni rossi e riscaldi la lente di plastica causandone il rigonfiamento, che a sua volta provoca la dispersione dei fotoni. Quindi hai il doppio effetto dell'assorbimento e della dispersione dei fotoni rossi. Esiste anche la possibilità che ad un certo punto, il calore prodotto dal rigonfiamento della plastica, crei una connessione ad alta resistenza, che ritorna "normale" dopo che il LED si è asciugato.