Volgens buitenlandse mediaberichten zijn light-emitting diodes (LED's) de onbezongen helden van de verlichtingsindustrie. Ze werken efficiënt, voeren minder warmte af en gaan lang mee. Nu werken wetenschappers aan een nieuw materiaal om LED's efficiënter te maken en langer mee te laten gaan voor toepassingen in consumentenelektronica, geneeskunde en beveiliging.
Onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE), Brookhaven National Laboratory, Los Alamos National Laboratory en SLAC National Accelerator Laboratory melden dat ze stabiel calcium hebben voorbereid voor dergelijke LED's Titanite nanokristallen. Ook onderzoeksinstituten uit de Taiwanese regio China hebben bijgedragen aan dit onderzoek.
Perovskieten zijn een klasse van materialen met speciale kristalstructuren die licht absorberen en uitzenden, waardoor ze nuttig zijn in een reeks energie-efficiënte toepassingen, waaronder zonnecellen en verschillende detectoren.
Hoewel perovskiet nanokristallen uitstekende kandidaten zijn voor een nieuw type LED-materiaal, bleken ze onstabiel in tests. Het team stabiliseerde de nanokristallen in poreuze structuren die bekend staan als metalen organische raamwerken, of kortweg MOFs. Gebaseerd op aarderijke materialen en gemaakt bij kamertemperatuur, zouden deze LED's op een dag goedkopere tv's en consumentenelektronica, betere gammastralingsapparatuur en zelfs autonome systemen voor medicijnen, beveiligingsscans en wetenschappelijk onderzoek mogelijk kunnen maken. Schakel de röntgendetector in.
"We hebben het stabiliteitsprobleem van perovskietmaterialen opgelost door ze in te kapselen in MOF-structuren," zei Xuedan Ma, een wetenschapper bij het Center for Nanoscale Materials (CNM) in Argonne, DOE's Office of User Facilities, "Ons onderzoek toont aan dat deze aanpak het mogelijk maakt dat we de helderheid en stabiliteit van de luminescrystals drastisch kunnen verbeteren."
Hsinhan Tsai, voormalig JR Oppenheimer postdoc aan de Los Alamos University, voegde eraan toe: "Het interessante concept van het opnemen van perovskiet nanokristallen in MOFs is al aangetoond in poedervorm, maar dit is de eerste keer dat we ze met succes hebben geïntegreerd in de emissive laag van een LED. "
Eerdere pogingen om nanokristallijne LED's te fabriceren werden belemmerd door de afbraak van nanokristallen terug in ongewenste bulkfasen, die de voordelen van nanokristallen wegnemen en hun potentieel als praktische LED's verminderen. Bulkmaterie bestaat uit miljarden atomen. Materialen zoals perovskieten bestaan op nanoschaal uit enkele tot duizenden atomen en gedragen zich daarom anders.
In hun nieuwe methode stabiliseerde het team de nanokristallen door ze te fabriceren in een matrix van de MOF, zoals een tennisbal die wordt geklemd door prikkeldraad. Ze gebruikten loodknopen in het raamwerk als metaalprecursoren en halogenidezouten als organische materialen. De zoutoplossing met halide bevat methylammoniumbromide, dat reageert met het lood in het raamwerk en nanokristallen assembleert rond loodkernen in de matrix. Omdat de matrix de nanokristallen gescheiden houdt, werken ze niet samen en degraderen ze niet. De methode is gebaseerd op een coatingmethode met één oplossing die veel goedkoper is dan het vacuümproces dat tegenwoordig veel wordt gebruikt om anorganische LED's te maken.
MOF-gestabiliseerde LED's kunnen fel rood, blauw en groen licht en verschillende tinten van elk licht produceren.
"In dit werk tonen we voor het eerst aan dat perovskiet nanokristallen gestabiliseerd in MOFs heldere, stabiele LED's in verschillende kleuren zullen creëren," zei Wanyi Nie, een wetenschapper bij het Center for Integrated Nanotechnology in Los Alamos National Laboratory. "We kunnen verschillende kleuren creëren, de kleurzuiverheid verbeteren en de kwantumopbrengst van fotoluminescentie verhogen, een maat voor het vermogen van een materiaal om licht uit te stralen."
Het onderzoeksteam gebruikte de Advanced Photon Source (APS) - DOE's Office of Science User Facility in Argonne - om tijd-opgeloste röntgenabsorptiespectroscopie uit te voeren, een techniek waarmee ze in de loop van de tijd veranderingen in perovskietmaterialen konden ontdekken. Onderzoekers kunnen de beweging van ladingen door het materiaal volgen en belangrijke informatie leren over wat er gebeurt als licht wordt uitgezonden.
"We kunnen dit alleen doen met de krachtige enkele röntgenpuls en unieke temporele structuur van APS," zei groepsleider Xiaoyi Zhang in argonne's X-ray Science Division, "We kunnen geladen deeltjes in kleine perovskietkristallen volgen. s positie."
In duurzaamheidstests presteerde het materiaal goed onder UV-straling, warmte en elektrische velden zonder de lichtdetectie en luminescentie-efficiëntie te verminderen en te verliezen, een belangrijke voorwaarde voor praktische toepassingen zoals televisies en stralingsdetectoren.
