Podle zpráv zahraničních médií jsou světelné diody (LED) neopěvovanými hrdiny osvětlovacího průmyslu. Pracují efektivně, odvádějí méně tepla a vydrží dlouhou dobu. Nyní vědci pracují na novém materiálu, aby BYLY LED diody efektivnější a vydržely déle pro aplikace ve spotřební elektronice, medicíně a bezpečnosti.
Výzkumníci z Argonne National Laboratory amerického ministerstva energetiky (DOE), Brookhaven National Laboratory, Los Alamos National Laboratory a SLAC National Accelerator Laboratory hlásí, že pro takové LED diody Titanite nanokrystaly připravili stabilní vápník. K tomuto výzkumu přispěly také výzkumné ústavy z oblasti Tchaj-wanu v Číně.
Perovskity jsou třídou materiálů se speciálními krystalovými strukturami, které absorbují a vyzařují světlo, což je činí užitečnými v řadě energeticky účinných aplikací, včetně solárních článků a různých detektorů.
Zatímco perovskitové nanokrystaly jsou hlavními kandidáty na nový typ LED materiálu, v testech se ukázaly jako nestabilní. Tým stabilizoval nanokrystaly v porézních strukturách známých jako kovové organické rámce nebo zkráceně MOF. Tyto LED diody, založené na materiálech bohatých na Zemi a vyrobené při pokojové teplotě, by jednoho dne mohly umožnit levnější televizory a spotřební elektroniku, lepší zařízení pro zobrazování gama záření a dokonce i autonomní systémy pro medicínu, bezpečnostní skenování a vědecký výzkum. Zapněte rentgenový detektor.
"Vyřešili jsme problém stability perovskitových materiálů jejich zapouzdřením do struktur MOF," řekl Xuedan Ma, vědec z Centra pro nanomateriály (CNM) v Argonne, Úřad uživatelských zařízení DOE, "Náš výzkum ukazuje, že tento přístup umožňuje Dramaticky zlepšit jas a stabilitu luminiscenčních nanokrystalů."
Hsinhan Tsai, bývalý postdoktorand JR Oppenheimer na univerzitě v Los Alamos, dodal: "Zajímavý koncept začlenění perovskitových nanokrystalů do MOF již byl demonstrován v práškové formě, ale je to poprvé, co jsme je úspěšně integrovali do emisivní vrstvy LED. "
Předchozí pokusy o výrobu nanokrystalických LED diod byly brzděny degradací nanokrystalů zpět do nežádoucích objemových fází, které odstraňují výhody nanokrystalů a snižují jejich potenciál jako praktických LED. Objemová hmota se skládá z miliard atomů. Materiály jako perovskity jsou tvořeny několika až tisíci atomy v nanoměřítku, a proto se chovají jinak.
Ve své nové metodě tým stabilizoval nanokrystaly tím, že je vyrobil v matrici MOF, jako tenisový míček upnutý ostnatým drátem. Používali olověné uzly v rámu jako prekurzory kovů a halogenidové soli jako organické materiály. Roztok halogenidové soli obsahuje methylamoniumbromid, který reaguje s olovem v kostce a sestavuje nanokrystaly kolem olověných jader v matrici. Vzhledem k tomu, že matrice udržuje nanokrystaly oddělené, neinteragují a nerozkládají se. Metoda je založena na metodě povlakování jedním roztokem, která je mnohem levnější než vakuový proces, který se dnes široce používá k výrobě anorganických LED diod.
LED diody stabilizované MOF mohou produkovat jasně červené, modré a zelené světlo a různé odstíny každého světla.
"V této práci poprvé demonstrujeme, že perovskitové nanokrystaly stabilizované v MOF vytvoří jasné a stabilní LED diody v různých barvách," řekl Wanyi Nie, vědec z Centra pro integrovanou nanotechnologii v Los Alamos National Laboratory. "Můžeme vytvořit různé barvy, zlepšit čistotu barev a zvýšit fotoluminiscenční kvantový výtěžek, což je míra schopnosti materiálu vyzařovat světlo."
Výzkumný tým použil Advanced Photon Source (APS) - DOE's Office of Science User Facility v Argonne - k provedení časově rozlišené rentgenové absorpční spektroskopie, techniky, která jim umožnila objevit změny v perovskitových materiálech v průběhu času. Výzkumníci mohou sledovat pohyb nábojů materiálem a dozvědět se důležité informace o tom, co se stane, když je světlo emitováno.
"Můžeme to udělat pouze s výkonným jediným rentgenovým pulsem a jedinečnou časovou strukturou APS," řekl vedoucí skupiny Xiaoyi Zhang v Argonne's X-ray Science Division. "Můžeme sledovat nabité částice v malých perovskitových krystalech. s pozicí."
Při zkouškách trvanlivosti materiál dobře fungoval pod UV zářením, teplem a elektrickými poli, aniž by se degradoval a ztrácel svou světelnou detekci a luminiscenční účinnost, což je klíčová podmínka pro praktické aplikace, jako jsou televizory a detektory záření.
