Recentemente, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) presso l'Argonne National Laboratory di Lemont, Illinois, ha guidato lo sviluppo di un importante materiale LED.
I ricercatori del team del laboratorio di riforma hanno dichiarato: "I LED sono altamente efficienti, emettono meno calore e durano a lungo". "Gli scienziati stanno studiando nuovi materiali per rendere i LED più efficienti e di maggiore durata e applicarli all'elettronica di consumo, alla medicina e al campo della sicurezza".
Ricercatori e partner del Brookhaven National Laboratory, del Los Alamos National Laboratory e dello SLAC National Accelerator Laboratory riferiscono di aver preparato nanocristalli di perovskite stabili per questo LED.
"Nature Photonics" ha pubblicato un articolo che descrive il lavoro del gruppo. "La nostra ricerca dimostra che questo metodo ci consente di migliorare notevolmente la luminosità e la stabilità dei nanocristalli luminescenti", ha commentato Xuedan Ma, scienziato presso l'Argonne Nanomaterials Center.
I nanocristalli di perovskite sono i principali candidati per un nuovo tipo di materiale LED. Ma per molto tempo, si è dimostrato instabile nei test.
Il team di ricerca ha stabilizzato i nanocristalli in una struttura porosa chiamata struttura organica metallica (MOF).
Basati sugli abbondanti materiali sulla terra e fabbricati a temperatura ambiente, questi LED potrebbero un giorno consentire televisori a basso costo ed elettronica di consumo, nonché migliori apparecchiature di imaging a raggi gamma, anche per la medicina, la scansione di sicurezza e la scienza. Ricercato rilevatore di raggi X autoalimentato.
"Abbiamo risolto il problema della stabilità incapsulando il materiale di perovskite nella struttura MOF", ha detto uno scienziato dell'Argonne Center for Nanomaterials (CNM), Office of the US Department of Energy's Office of Scientific User Facilities. "La nostra ricerca dimostra che questo metodo può aiutare a migliorare notevolmente la luminosità e la stabilità dei nanocristalli luminescenti".
"Il concetto operativo di combinare nanocristalli di perovskite in MOF è stato dimostrato in polvere, ma questa è la prima volta che lo abbiamo integrato con successo nello strato di emissione di un LED".
I precedenti tentativi di produrre LED nanocristallini sono stati ostacolati dalla degradazione dei nanocristalli in una fase di volume indesiderata, perdendo i vantaggi dei nanocristalli e indebolendo il loro potenziale come LED pratici.
La materia di massa di solito consiste di miliardi di atomi. Materiali come le perovskiti sono composti da poche a poche migliaia di atomi nello stadio nanometrico, quindi si comportano in modo diverso.
Nel loro nuovo metodo, il team di ricerca ha stabilizzato i nanocristalli creando nanocristalli in una matrice di MOF, che hanno descritto come "come una palla da tennis catturata da un filo spinato". Hanno usato nodi di piombo nella struttura come precursori metallici e sali di alogenuri come materiali organici.
La soluzione salina di alogenuri contiene bromuro di metilammonio, che reagisce con il piombo nella struttura per assemblare nanocristalli attorno al nucleo di piombo nella matrice.
La matrice mantiene separati i nanocristalli, in modo che non interagiscano e si degradino. Questo metodo si basa su un metodo di rivestimento della soluzione, che è molto più economico del processo di vuoto ampiamente utilizzato per la produzione di LED inorganici.
I LED stabili MOF possono produrre luce rossa, blu e verde brillante, nonché diverse tonalità di ogni luce.
Wani Nie, scienziato presso il Center for Integrated Nanotechnology del Los Alamos National Laboratory, ha dichiarato: "In questo lavoro, abbiamo dimostrato per la prima volta che i nanocristalli di perovskite che sono stabili in MOF creeranno colori brillanti e stabili di vari colori. LED." "Possiamo creare diversi colori, migliorare la purezza del colore e aumentare la resa quantistica della fotoluminescenza. Questa è una misura della capacità luminosa dei materiali".
Il team di ricerca ha utilizzato una sorgente di fotoni avanzata (APS) per la spettroscopia di assorbimento dei raggi X risolta nel tempo, una tecnica che ha permesso loro di scoprire cambiamenti nei materiali di perovskite nel tempo. I ricercatori possono tracciare il movimento delle cariche elettriche attraverso il materiale e comprendere le informazioni importanti che si verificano quando viene emessa luce.
