Ifølge udenlandske medierapporter er lysdioder (LED'er) de usungne helte i belysningsindustrien. De fungerer effektivt, spreder mindre varme og holder længe. Nu arbejder forskere på et nyt materiale, der skal gøre lysdioder mere effektive og holde længere til applikationer inden for forbrugerelektronik, medicin og sikkerhed.
Forskere fra US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Los Alamos National Laboratory og SLAC National Accelerator Laboratory rapporterer, at de har forberedt stabilt calcium til sådanne lysdioder Titanit nanokrystaller. Forskningsinstitutter fra Taiwan-regionen i Kina bidrog også til denne forskning.
Perovskitter er en klasse af materialer med specielle krystalstrukturer, der absorberer og udsender lys, hvilket gør dem nyttige i en række energieffektive applikationer, herunder solceller og forskellige detektorer.
Mens perovskit nanokrystaller er primære kandidater til en ny type LED-materiale, de viste sig ustabile i test. Holdet stabiliserede nanokrystallerne i porøse strukturer kendt som metal organiske rammer eller MOF'er for kort. Baseret på jordrige materialer og fremstillet ved stuetemperatur kunne disse lysdioder en dag muliggøre billigere tv'er og forbrugerelektronik, bedre gammastrålebilleddannelsesenheder og endda autonome systemer til medicin, sikkerhedsscanning og videnskabelig forskning. Tænd for røntgendetektoren.
"Vi løste stabilitetsproblemet med perovskitmaterialer ved at indkapsle dem i MOF-strukturer," sagde Xuedan Ma, en videnskabsmand ved Center for Nanoscale Materials (CNM) i Argonne, DOE's Office of User Facilities, "Vores forskning viser, at denne tilgang gør det muligt for os dramatisk at forbedre lysstyrken og stabiliteten af de selvlysende nanokrystaller."
Hsinhan Tsai, tidligere JR Oppenheimer postdoc ved Los Alamos University, tilføjede: "Det interessante koncept med at inkorporere perovskit nanokrystaller i MOF'er er allerede blevet demonstreret i pulverform, men det er første gang, vi med succes har integreret dem i det emissive lag af en LED. "
Tidligere forsøg på at fremstille nanokrystallinske lysdioder er blevet hæmmet af nedbrydningen af nanokrystaller tilbage i uønskede bulkfaser, som fjerner fordelene ved nanokrystaller og mindsker deres potentiale som praktiske lysdioder. Bulkstof består af milliarder af atomer. Materialer som perovskitter består af nogle få til tusinder af atomer på nanoskala og opfører sig derfor anderledes.
I deres nye metode stabiliserede holdet nanokrystallerne ved at fremstille dem i en matrix af MOF, som en tennisbold, der fastspændes af pigtråd. De brugte blyknuder i rammen som metalprækursorer og halogenidsalte som organiske materialer. Halogenidsaltopløsningen indeholder methylammoniumbromid, som reagerer med blyet i rammen og samler nanokrystaller omkring blykerner i matrixen. Da matrixen holder nanokrystallerne adskilt, interagerer de ikke og nedbrydes. Metoden er baseret på en belægningsmetode med en opløsning, der er meget billigere end den vakuumproces, der i vid udstrækning anvendes i dag til fremstilling af uorganiske lysdioder.
MOF-stabiliserede lysdioder kan producere stærkt rødt, blåt og grønt lys og forskellige nuancer af hvert lys.
"I dette arbejde demonstrerer vi for første gang, at perovskit nanokrystaller stabiliseret i MOF'er vil skabe lyse, stabile lysdioder i en række farver," siger Wanyi Nie, en videnskabsmand ved Center for Integreret Nanoteknologi ved Los Alamos National Laboratory. "Vi kan skabe forskellige farver, forbedre farverenhed og øge fotoluminescenskvanteudbyttet, et mål for et materiales evne til at udsende lys."
Forskerholdet brugte Advanced Photon Source (APS) - DOE's Office of Science User Facility i Argonne - til at udføre tidsopløst røntgenabsorptionsspektroskopi, en teknik, der gjorde det muligt for dem at opdage ændringer i perovskitmaterialer over tid. Forskere kan spore bevægelsen af ladninger gennem materialet og lære vigtige oplysninger om, hvad der sker, når lys udsendes.
"Vi kan kun gøre dette med den kraftige enkelt røntgenpuls og unikke tidsmæssige struktur af APS," sagde gruppeleder Xiaoyi Zhang i Argonnes X-ray Science Division, "Vi kan spore ladede partikler i små perovskitkrystaller. s position."
I holdbarhedstest klarede materialet sig godt under UV-stråling, varme og elektriske felter uden at nedbryde og miste sin lysdetekterings- og luminescenseffektivitet, en nøglebetingelse for praktiske anvendelser såsom fjernsyn og strålingsdetektorer.
