Por que o querosene está impedindo a iluminação dos meus LEDs vermelhos?

Inicialmente, publiquei isso no chemistry.stackexchange, mas não obtive nenhuma resposta, por isso estou publicando aqui.

Para encurtar a história - temos um produto eletrônico submerso em combustíveis (o querosene é um deles) e utiliza um LED RGB ( clique aqui para obter a folha de dados ). Devido a um problema de vedação no gabinete, o querosene conseguiu entrar e cobrir os PCBs. O interessante é o efeito que teve no PCB. A funcionalidade da PCB não foi totalmente afetada, exceto pelo fato de o LED vermelho no módulo LED RGB ter parado completamente de acender. Nós replicamos isso manualmente, submergindo 2 novos PCBs em querosene por um dia e, em seguida, retirando-os e ligando-os e vendo que o LED vermelho para de acender completamente. Os LEDs verde e azul continuam acesos.

O exame das placas com falha mostra que não há outras falhas elétricas. É apenas o LED vermelho que para completamente de iluminar. Medimos a tensão direta em cada um dos LEDs na condição de falha, mas não notamos nenhuma diferença significativa que explicaria a falha.

Depois de deixar as PCBs secarem, o LED vermelho começa a funcionar novamente. Portanto, o problema não é permanente.

Observando a última página da folha de dados, o material de LED está listado como AlGaInP / GaAs . Existe alguma reação óbvia entre o querosene e esses materiais que explicaria por que apenas o LED vermelho para de funcionar?

Atualização 1 : realizei as seguintes experiências:

• Pingando querosene no LED.
• Submergir o LED PCB + em querosene durante a execução.

(Vídeos para acompanhar mais tarde hoje, espero)

Nos dois casos, não houve efeito percebido no LED - ele continuou a funcionar muito bem. Isso parece indicar que o problema não é puramente um problema óptico entre o querosene e o LED. Até agora, o problema só ocorreu após a imersão do LED em querosene por algum tempo.

Atualização 2 : Peguei uma nova placa de circuito impresso com LED (ainda não testei apenas com o LED) e a mergulhei em querosene. Tirei algumas fotos em close do LED antes de embeber, depois de encharcar enquanto ele não está funcionando e depois ele retoma o trabalho depois de deixar secar.

O que as fotos mostram é que há uma protuberância muito óbvia na lente LED durante o período em que ela não está funcionando. Depois que a protuberância recua, o LED acende novamente.

Infelizmente, não tenho uma câmera configurada no PCB para ver o momento exato em que ele para de funcionar. Eu deixei de molho por cerca de uma hora antes de parar de funcionar. Eu verifiquei o LED de vez em quando e não notei nenhuma alteração no brilho do LED. Eu vim verificá-lo uma vez e foi apenas desligado. Minha suspeita é que a mudança seja repentina.

A julgar pelo inchaço, vou adivinhar que há algum dano mecânico interno que está movendo alguma coisa e, uma vez que o inchaço recua, ele volta à sua posição.

Esquerda: LED embebido em querosene; Direita: LED normal

LED em estado de falha após imersão

LED normal

Esquerda: LED embebido em querosene após ser deixado para secar e em condições de trabalho; Direita: LED normal

LED embebido em querosene após deixar secar e em condições de trabalho

Medimos a tensão direta e não notamos nenhuma alteração.

Fisicamente, tenho certeza de que isso significa que a interface semicondutora ainda está produzindo fótons na mesma taxa e comprimento de onda de antes.

Então, algo acontece com esses fótons.

O que você deve fazer é obter um trabalho fonte de luz vermelha de mesmo comprimento de onda (por exemplo, outro de seus LEDs), extrair o material "lente" de um "doador" LED:

por exemplo, cortando-a com uma lâmina de barbear, testando a transmissão da luz vermelha antes e depois de ter embebido esse material em querosene.

Como essa lente é pequena, você provavelmente deve usar algo como um pedaço de papelão com um furo perfurado por ela com algum tipo de agulha (não deixe o buraco ficar pequeno, para que você não tenha muita difração ...) e coloque a lente na frente desse buraco.

Meu palpite é que a imersão do material em querosene leva a uma mudança drástica nas propriedades ópticas, e isso pode muito bem significar que

1. sua lente agora está absorvendo luz vermelha ou
2. sua lente agora não está focando a luz vermelha, mas espalhando-a.

Para descartar 2., você precisaria de uma sala muito escura e de alguma maneira de adivinhar a distribuição da luz. Portanto, sem o equipamento de laboratório de design óptico, o querosene contém uma mistura de diferentes hidrocarbonetos e esses são solúveis em outros hidrocarbonetos, como o material transparente usado para proteger os LEDs reais e agir como uma lente.

Meus 5 centavos:

Atualmente, a maioria dos LEDs possui vasos de silicone. O silicone tem uma boa permeabilidade aos COV (compostos orgânicos voláteis, por exemplo, alcanos e seus isômeros), que fazem parte do querosene.

Os VOCs que entram no silicone podem interagir com a matriz de silicone, alterando suas propriedades ópticas. Danos freqüentemente observados: o envasamento / lente pode ficar leitoso ou difuso, e o amarelamento pode ser observado.

Certos COVs serão quebrados pela luz azul de um LED, o que geralmente leva a um escurecimento das lentes / vasos de LED.

Sabe-se que esses efeitos são (parcialmente) reversíveis. Ou seja, a descoloração das lentes desaparecerá se os VOCs puderem emitir gás novamente. Isso acontece mais rápido se aquecido sob as condições de operação do LED.

Portanto, minha explicação é: Edit: Altamente especulativo Grandes quantidades de querosene também podem conter compostos aromáticos, que são conhecidos por serem opticamente ativos (por exemplo, consulte pigmentos de corantes azo ). As forças de Van der Waals podem alterar o comportamento ressonante dos compostos aromáticos, o que é possível quando os VOCs entram na matriz de borracha de silicone. Isso poderia explicar por que as frações do querosene atingem um comportamento de filtragem vermelho ao entrar no envasamento.

Edit: Não posso descartar a interação do VOC com o próprio semicondutor, mas tenho dificuldades em imaginar como isso poderia funcionar. O cristal é quase impermeável a qualquer coisa à temperatura ambiente; portanto, a interação só pode acontecer na superfície dos dados. Como a emissão de luz ocorre em qualquer lugar próximo ao limite pn, duvido que os componentes de querosene possam impedir a geração de fótons. A absorção e a filtragem apenas da IMO são os efeitos a serem tomados novamente.

Outro culpado pela deterioração do LED é o sulfeto de hidrogênio, que também pode ser encontrado entre outros compostos de enxofre no querosene. Mas a corrosão do enxofre no LED não é reversível no AFAIK, portanto, isso pode ser excluído da IMO.

Meu palpite é que o querosene absorve os fótons vermelhos e aquece a lente de plástico, causando inchaço, o que, por sua vez, causa a dispersão dos fótons. Então você tem o duplo efeito de absorção e dispersão dos fótons vermelhos. Existe também a possibilidade de que, em algum momento, o calor produzido pelo inchaço do plástico crie uma conexão de alta resistência, que volta ao "normal" depois que o LED secar.