Secondo i resoconti dei media stranieri, i{0}}diodi a emissione di luce (LED) sono gli eroi sconosciuti del settore dell'illuminazione. Funzionano in modo efficiente, dissipano meno calore e durano a lungo. Ora, gli scienziati stanno lavorando a un nuovo materiale per rendere i LED più efficienti e durare più a lungo per applicazioni nell'elettronica di consumo, nella medicina e nella sicurezza.
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.
Le perovskiti sono una classe di materiali con speciali strutture cristalline che assorbono ed emettono luce, rendendole utili in una gamma di applicazioni{0}}efficienti dal punto di vista energetico, tra cui celle solari e vari rivelatori.
Sebbene i nanocristalli di perovskite siano i principali candidati per un nuovo tipo di materiale LED, nei test si sono rivelati instabili. Il team ha stabilizzato i nanocristalli in strutture porose note come strutture metalliche organiche, o MOF in breve. Basati su materiali{0}}abbondanti sulla Terra e realizzati a temperatura ambiente, questi LED potrebbero un giorno rendere disponibili-TV ed elettronica di consumo a basso costo, migliori dispositivi di imaging a raggi gamma- e persino sistemi autonomi per medicina, scansione di sicurezza e ricerca scientifica. Alimenta il rilevatore di raggi 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. "
I precedenti tentativi di fabbricare LED nanocristallini sono stati ostacolati dal degrado dei nanocristalli in fasi di massa indesiderate, che eliminano i vantaggi dei nanocristalli e diminuiscono il loro potenziale come LED pratici. La materia sfusa è composta da miliardi di atomi. Materiali come le perovskiti sono costituiti da pochi a migliaia di atomi su scala nanometrica e quindi si comportano in modo diverso.
Nel loro nuovo metodo, il team ha stabilizzato i nanocristalli fabbricandoli in una matrice del MOF, come una pallina da tennis bloccata da filo spinato. Hanno utilizzato i nodi di piombo nella struttura come precursori metallici e i sali di alogenuro come materiali organici. La soluzione di sale di alogenuro contiene bromuro di metilammonio, che reagisce con il piombo nella struttura e assembla nanocristalli attorno ai nuclei di piombo nella matrice. Poiché la matrice mantiene separati i nanocristalli, questi non interagiscono e si degradano. Il metodo si basa su un-metodo di rivestimento in una soluzione molto meno costoso del processo sottovuoto ampiamente utilizzato oggi per realizzare LED inorganici.
I LED stabilizzati{0}}MOF possono produrre una luce rossa, blu e verde brillante e diverse sfumature di ciascuna luce.
"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."
Nei test di durabilità, il materiale si è comportato bene ai raggi UV, al calore e ai campi elettrici senza degradarsi e perdere la sua efficienza di rilevamento della luce e luminescenza, una condizione chiave per applicazioni pratiche come televisori e rilevatori di radiazioni.
