Volgens berichten in de buitenlandse media zijn light-emitting diodes (LED) de onbezongen helden van de verlichtingsindustrie. Ze werken efficiënt, geven minder warmte af en gaan lang mee. Nu bestuderen wetenschappers een nieuw materiaal om LED-toepassingen in consumentenelektronica, medicijnen en beveiliging effectiever en langer mee te laten gaan.
Onderzoekers van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Los Alamos National Laboratory en SLAC National Accelerator Laboratory melden dat ze stabiel calcium hebben bereid voor dit type LED-titaniumerts-nanokristallen. Ook onderzoeksinstituten uit Taiwan, China droegen bij aan dit onderzoek.
Perovskiet is een materiaalsoort met een speciale kristalstructuur, die de kenmerken heeft van lichtabsorptie en luminescentie, en zeer nuttig is in een reeks energiebesparende toepassingen, waaronder zonnecellen en verschillende detectoren.
Hoewel perovskiet-nanokristallen een belangrijke kandidaat zijn voor een nieuw type LED-materiaal, hebben ze in tests bewezen onstabiel te zijn. Het onderzoeksteam stabiliseerde de nanokristallen in een poreuze structuur die een metaalorganisch raamwerk wordt genoemd, of kortweg MOF. Op basis van de overvloedige materialen op aarde en vervaardigd bij kamertemperatuur, kunnen deze LED's op een dag goedkopere tv's en consumentenelektronica mogelijk maken, evenals betere apparatuur voor gammastraling, en zelfs zelfverdediging voor medische, beveiligingsscans en wetenschappelijk onderzoek. Krachtige röntgendetector.
& quot;We hebben het stabiliteitsprobleem opgelost door het perovskietmateriaal in te kapselen in de MOF-structuur," zei Xuedan Ma, een wetenschapper bij het Center for Nanomaterials (CNM) in Argonne, DOE User Facilities Office."Ons onderzoek toont aan dat deze methode ons in staat stelt om de helderheid en stabiliteit van luminescerende nanokristallen sterk te verbeteren."
Hsinhan Tsai, een voormalig JR Oppenheimer postdoctoraal fellow aan de Los Alamos University in de Verenigde Staten, voegde toe: "Het interessante concept van het combineren van perovskiet-nanokristallen in MOF is bewezen in poedervorm, maar dit is de eerste keer dat we het met succes hebben geïntegreerd in de emitterende laag van een LED. ."
Eerdere pogingen om nanokristallijne LED's te produceren werden belemmerd door de afbraak van nanokristallen terug naar een ongewenste volumefase, waardoor ze de voordelen van nanokristallen verloren en hun potentieel als praktische LED's verzwakten. Bulkmaterie bestaat uit miljarden atomen. Materialen zoals perovskieten zijn samengesteld uit enkele tot enkele duizenden atomen in het nanometerstadium, dus ze gedragen zich anders.
In hun nieuwe methode stabiliseerde het onderzoeksteam de nanokristallen door ze te fabriceren in een matrix van MOF, net zoals een tennisbal wordt vastgeklemd door een prikkeldraadomheining. Ze gebruikten loodknopen in het raamwerk als metaalprecursoren en halogenidezouten als organische materialen. De halogenidezoutoplossing bevat methylammoniumbromide, dat reageert met het lood in het raamwerk en nanokristallen assembleert rond de loodkern in de matrix. Omdat de matrix de nanokristallen gescheiden houdt, zullen ze geen interactie aangaan en degraderen. Deze methode is gebaseerd op een oplossingscoatingmethode, die veel goedkoper is dan het veelgebruikte vacuümproces voor het vervaardigen van anorganische LED's.
MOF-gestabiliseerde LED's kunnen helder rood, blauw en groen licht en verschillende tinten van elk licht produceren.
Wanyi Nie, een wetenschapper bij het Center for Integrated Nanotechnology van Los Alamos National Laboratory, zei:"In dit werk hebben we voor het eerst aangetoond dat perovskiet-nanokristallen die stabiel zijn in MOF heldere en stabiele LED's van verscheidene kleuren. . We kunnen verschillende kleuren creëren, de kleurzuiverheid verbeteren en de kwantumopbrengst van fotoluminescentie verhogen, wat een maat is voor het lichtvermogen van materialen."
Het onderzoeksteam gebruikte de Advanced Photon Source (APS)-DOE's Office of Scientific User Facilities in Argonne om in de tijd opgeloste röntgenabsorptiespectroscopie uit te voeren, een techniek waarmee ze veranderingen in perovskietmaterialen konden ontdekken overuren. Onderzoekers kunnen de beweging van elektrische ladingen in het materiaal volgen en de belangrijke informatie begrijpen die optreedt wanneer licht wordt uitgestraald.
& quot;Dit kunnen we alleen bereiken door de krachtige enkele röntgenpuls en de unieke tijdstructuur van APS," zei Xiaoyi Zhang, de teamleider van de afdeling X-ray Science van Argonne."We kunnen de geladen deeltjes in de kleine perovskietkristallen volgen. s positie."
In de duurzaamheidstest presteert het materiaal goed onder ultraviolette straling, hitte en elektrisch veld zonder degradatie en verlies van lichtdetectie en lichtefficiëntie, wat een belangrijke voorwaarde is voor praktische toepassingen zoals televisies en stralingsdetectoren.
