Według doniesień zagranicznych mediów diody elektroluminescencyjne (LED) to niedoceniani bohaterowie branży oświetleniowej. Działają wydajnie, odprowadzają mniej ciepła i działają przez długi czas. Obecnie naukowcy pracują nad nowym materiałem, który sprawi, że diody LED będą wydajniejsze i trwalsze w zastosowaniach w elektronice użytkowej, medycynie i bezpieczeństwie.
Researchers from the U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Los Alamos National Laboratory, and SLAC National Accelerator Laboratory report that they have prepared stable calcium for such LEDs Titanite nanocrystals. Research institutes from the Taiwan region of China also contributed to this research.
Perowskity to klasa materiałów o specjalnych strukturach krystalicznych, które pochłaniają i emitują światło, dzięki czemu są przydatne w wielu -energooszczędnych zastosowaniach, w tym w ogniwach słonecznych i różnych detektorach.
Chociaż nanokryształy perowskitu są głównymi kandydatami na nowy rodzaj materiału LED, w testach okazały się niestabilne. Zespół ustabilizował nanokryształy w porowatych strukturach znanych jako szkielety metaloorganiczne, w skrócie MOF. Oparte na Ziemi-obfite materiały i wyprodukowane w temperaturze pokojowej, te diody LED mogą pewnego dnia zapewnić tańsze-telewizory i elektronikę użytkową, lepsze urządzenia do obrazowania promieniami gamma-, a nawet autonomiczne systemy medycyna, skanowanie bezpieczeństwa i badania naukowe. Włącz detektor promieni X-.
"We solved the stability problem of perovskite materials by encapsulating them in MOF structures," said Xuedan Ma, a scientist at the Center for Nanoscale Materials (CNM) in Argonne, DOE's Office of User Facilities, "Our research shows that this approach enables We can dramatically improve the brightness and stability of the luminescent nanocrystals."
Hsinhan Tsai, former JR Oppenheimer postdoc at Los Alamos University, added: "The interesting concept of incorporating perovskite nanocrystals in MOFs has already been demonstrated in powder form, but this is the first time we have successfully integrated them into the emissive layer of an LED. "
Poprzednie próby wytwarzania nanokrystalicznych diod LED zostały utrudnione przez degradację nanokryształów z powrotem do niepożądanych faz objętościowych, które odbierają zalety nanokryształów i zmniejszają ich potencjał jako praktycznych diod LED. Materia nasypowa składa się z miliardów atomów. Materiały takie jak perowskity składają się z kilku do tysięcy atomów w nanoskali i dlatego zachowują się inaczej.
W swojej nowej metodzie zespół ustabilizował nanokryształy, wytwarzając je w matrycy MOF, jak piłka tenisowa zaciskana drutem kolczastym. Wykorzystali węzły ołowiane w konstrukcji jako prekursory metali, a sole halogenkowe jako materiały organiczne. Roztwór soli halogenkowej zawiera bromek metyloamonowy, który reaguje z ołowiem w szkielecie i tworzy nanokryształy wokół rdzeni ołowiu w osnowie. Ponieważ matryca oddziela nanokryształy, nie wchodzą one w interakcje i nie ulegają degradacji. Metoda opiera się na jedno-roztworze powlekania, który jest znacznie tańszy niż proces próżniowy, który jest obecnie powszechnie stosowany do wytwarzania nieorganicznych diod LED.
Diody LED stabilizowane MOF- mogą generować jasne czerwone, niebieskie i zielone światło oraz różne odcienie każdego światła.
"In this work, we demonstrate for the first time that perovskite nanocrystals stabilized in MOFs will create bright, stable LEDs in a variety of colors," said Wanyi Nie, a scientist at the Center for Integrated Nanotechnology at Los Alamos National Laboratory. "We can create different colors, improve color purity and increase photoluminescence quantum yield, a measure of a material's ability to emit light."
The research team used the Advanced Photon Source (APS) -- DOE's Office of Science User Facility in Argonne -- to perform time-resolved X-ray absorption spectroscopy, a technique that allowed them to discover changes in perovskite materials over time. Researchers can track the movement of charges through the material and learn important information about what happens when light is emitted.
"We can only do this with the powerful single X-ray pulse and unique temporal structure of APS," said group leader Xiaoyi Zhang in Argonne's X-ray Science Division, "We can track charged particles in tiny perovskite crystals. s position."
W testach trwałości materiał zachowywał się dobrze w promieniowaniu UV, cieple i polach elektrycznych bez degradacji i utraty zdolności wykrywania światła i wydajności luminescencji, co jest kluczowym warunkiem praktycznych zastosowań, takich jak telewizory i detektory promieniowania.
