Enligt rapporter i utländska medier är ljus-emitterande dioder (LED) de obesjungna hjältarna inom belysningsindustrin. De fungerar effektivt, avleder mindre värme och håller länge. Nu arbetar forskare på ett nytt material för att göra lysdioder mer effektiva och hålla längre för applikationer inom hemelektronik, medicin och säkerhet.
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.
Perovskiter är en klass av material med speciella kristallstrukturer som absorberar och avger ljus, vilket gör dem användbara i en rad energieffektiva-tillämpningar, inklusive solceller och olika detektorer.
Medan perovskit nanokristaller är främsta kandidater för en ny typ av LED-material, visade de sig vara instabila i tester. Teamet stabiliserade nanokristallerna i porösa strukturer som kallas organiska metallstrukturer, eller MOFs för kort. Baserat på jordens-rikliga material och tillverkade vid rumstemperatur skulle dessa lysdioder en dag kunna möjliggöra billigare-tv-apparater och konsumentelektronik, bättre gamma-avbildningsenheter och till och med autonoma system för medicin, säkerhetsskanning och vetenskaplig forskning. Ström röntgendetektorn.-
"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. "
Tidigare försök att tillverka nanokristallina lysdioder har hindrats av nedbrytningen av nanokristaller tillbaka till oönskade bulkfaser, vilket tar bort fördelarna med nanokristaller och minskar deras potential som praktiska lysdioder. Bulkmaterial består av miljarder atomer. Material som perovskiter består av några till tusentals atomer på nanoskala och beter sig därför annorlunda.
I sin nya metod stabiliserade teamet nanokristallerna genom att tillverka dem i en matris av MOF, som en tennisboll som kläms fast med taggtråd. De använde blynoder i ramverket som metallprekursorer och halogenidsalter som organiskt material. Halidsaltlösningen innehåller metylammoniumbromid, som reagerar med blyet i stommen och sätter ihop nanokristaller runt blykärnor i matrisen. Eftersom matrisen håller nanokristallerna åtskilda interagerar de inte och bryts ned. Metoden är baserad på en beläggningsmetod med en-lösning som är mycket billigare än vakuumprocessen som idag används allmänt för att tillverka oorganiska lysdioder.
MOF-stabiliserade lysdioder kan producera starkt rött, blått och grönt ljus och olika nyanser av varje ljus.
"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."
I hållbarhetstester presterade materialet bra under UV-strålning, värme och elektriska fält utan att försämras och förlora sin ljusdetektering och luminescenseffektivitet, en nyckelförutsättning för praktiska tillämpningar som TV-apparater och strålningsdetektorer.
