Важнейшее открытие наноматериала для светодиодов

Прорыв в стабилизации нанокристаллов позволяет создать недорогой, энергоэффективный источник света для бытовых электронных устройств, детекторов и медицинской визуализации.

Светоизлучающие диоды (LED) - невоспетый герой индустрии освещения. Они работают эффективно, выделяют мало тепла и служат долгое время. Теперь ученые ищут новые материалы для создания более эффективных и долговечных светодиодов, которые найдут применение в бытовой электронике, медицине и безопасности.

Новый недорогой, энергоэффективный источник света

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), Брукхейвенской национальной лаборатории, Лос-Аламосской национальной лаборатории и Национальной ускорительной лаборатории SLAC сообщают, что они подготовили стабильные нанокристаллы перовскита для таких светодиодов. Свой вклад в работу внесла также тайваньская Академия Sinica.

"Наши исследования показали, что такой подход позволяет существенно повысить яркость и стабильность светоизлучающих нанокристаллов". - Сюэдан Ма, ученый из Центра наноразмерных материалов при Аргоннской лаборатории.

Перовскиты - это класс материалов, которые имеют особую кристаллическую структуру, придающую им светопоглощающие и светоизлучающие свойства, полезные в ряде энергоэффективных приложений, включая солнечные батареи и различные виды детекторов.

Нанокристаллы перовскита были главными кандидатами на роль нового светодиодного материала, но при испытаниях они оказались нестабильными. Исследовательская группа стабилизировала нанокристаллы в пористой структуре, называемой металлоорганическим каркасом, или сокращенно MOF. Эти светодиоды, созданные на основе материалов, распространенных на Земле, и изготовленные при комнатной температуре, могут в один прекрасный день стать источником более дешевых телевизоров и бытовой электроники, а также лучших устройств для получения гамма-излучения и даже автономных рентгеновских детекторов, которые найдут применение в медицине, сканировании систем безопасности и научных исследованиях.

"Мы решили проблему стабильности перовскитных материалов, заключив их в структуры MOF", - говорит Сюэдан Ма, ученый из Центра наноразмерных материалов Аргонна (CNM), являющегося центром по работе с пользователями Управления по науке Министерства энергетики. Наши исследования показали, что такой подход позволяет существенно повысить яркость и стабильность светоизлучающих нанокристаллов".

Хсинхан Цай, бывший постдок Дж. Р. Оппенгеймера в Лос-Аламосе, добавил: "Интригующая концепция объединения нанокристалла перовскита в MOF была продемонстрирована в виде порошка, но мы впервые успешно интегрировали его в качестве эмиссионного слоя в светодиод".

Предыдущие попытки создать нанокристаллические светодиоды были пресечены тем, что нанокристаллы распадались обратно в нежелательную объемную фазу, теряя свои нанокристаллические преимущества и подрывая их потенциал в качестве практичных светодиодов. Объемные материалы состоят из миллиардов атомов. Такие материалы, как перовскиты в нанофазе, состоят из групп от нескольких до нескольких тысяч атомов, и поэтому ведут себя по-другому.

В своем новом подходе исследовательская группа стабилизировала нанокристаллы, поместив их в матрицу MOF, подобно теннисным мячам, попавшим в ограду из цепей. В качестве металлического прекурсора они использовали свинцовые узлы в каркасе, а в качестве органического материала - галоидные соли. Раствор галоидных солей содержит бромид метиламмония, который реагирует со свинцом в каркасе и собирает нанокристаллы вокруг свинцового ядра, запертого в матрице. Матрица удерживает нанокристаллы разделенными, поэтому они не взаимодействуют и не разрушаются. Этот метод основан на нанесении покрытия из раствора, что намного дешевле вакуумной обработки, используемой для создания неорганических светодиодов, широко используемых сегодня.

Стабилизированные MOF светодиоды могут быть изготовлены для создания яркого красного, синего и зеленого света, а также различных оттенков каждого из них.

"В этой работе мы впервые продемонстрировали, что нанокристаллы перовскита, стабилизированные в MOF, создают яркие, стабильные светодиоды различных цветов", - сказал Ваньи Ни, ученый из Центра интегрированных нанотехнологий Лос-Аламосской национальной лаборатории. Мы можем создавать различные цвета, улучшать чистоту цвета и увеличивать квантовый выход фотолюминесценции, который является мерой способности материала производить свет".

В ходе испытаний на прочность материал хорошо показал себя под ультрафиолетовым излучением, при нагревании и в электрическом поле, не деградируя и не теряя своей светоотражающей и светоизлучающей эффективности, что является ключевым условием для практических применений, таких как телевизоры и детекторы радиации. опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Подписывайтесь на наш youtube канал!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet