Remiantis užsienio žiniasklaidos pranešimais, šviesos diodai (LED) yra nepastebėti apšvietimo pramonės herojai. Jie veikia efektyviai, išsklaido mažiau šilumos ir trunka ilgai. Dabar mokslininkai kuria naują medžiagą, kad šviesos diodai būtų efektyvesni ir ilgiau tarnautų vartotojams elektronikai, medicinai ir saugumui.
Jav energetikos departamento Argonne nacionalinės laboratorijos, Brookhaveno nacionalinės laboratorijos, Los Alamoso nacionalinės laboratorijos ir SLAC Nacionalinės greitintuvo laboratorijos mokslininkai praneša, kad jie paruošė stabilų kalcį tokiems šviesos diodams Titanito nanokristalai. Prie šio tyrimo taip pat prisidėjo Kinijos Taivano regiono mokslinių tyrimų institutai.
Perovskitai yra medžiagų klasė su specialiomis kristalinėmis struktūromis, kurios sugeria ir skleidžia šviesą, todėl jos yra naudingos įvairiose energiją taupančiose programose, įskaitant saulės elementus ir įvairius detektorius.
Nors perovskito nanokristalai yra pagrindiniai kandidatai į naujo tipo LED medžiagą, bandymuose jie pasirodė nestabilūs. Komanda stabilizavo nanokristalius porėtose struktūrose, vadinamose metaliniais organiniais karkasais arba MOF trumpai. Remiantis žemės gausiomis medžiagomis ir pagamintais kambario temperatūroje, šie šviesos diodai vieną dieną galėtų leisti pigesnius televizorius ir vartotojų elektroniką, geresnius gama spindulių vaizdavimo prietaisus ir net autonomines medicinos, saugumo skenavimo ir mokslinių tyrimų sistemas. Įjunkite rentgeno detektorių.
"Mes išsprendėme perovskitų medžiagų stabilumo problemą, įtraukdami jas į MOF struktūras", - sakė Xuedanas Ma, Nanoskalės medžiagų centro (CNM) Argonne mokslininkas, DOE vartotojų įrenginių biuras, "Mūsų tyrimai rodo, kad šis metodas leidžia mums žymiai pagerinti liuminescencinių nanokristalių ryškumą ir stabilumą."
Hsinhan Tsai, buvęs JR Oppenheimer podoktorantūros Los Alamos universitete, pridūrė: "Įdomi idėja įtraukti perovskito nanokristalus į MOF jau įrodyta miltelių pavidalu, tačiau tai pirmas kartas, kai sėkmingai integravome juos į leistiną LED sluoksnį."
Ankstesniems bandymams gaminti nanokristalinius šviesos diodus trukdė nanokristalų skilimas atgal į nepageidaujamas birias fazes, kurios atima nanokristalų privalumus ir sumažina jų, kaip praktinių šviesos diodų, potencialą. Didžiąją materiją sudaro milijardai atomų. Medžiagos, tokios kaip perovskitai, nanoskalėje yra sudarytos iš kelių ar tūkstančių atomų, todėl elgiasi kitaip.
Savo naujame metode komanda stabilizavo nanokristalus, gamindama juos MOF matricoje, kaip teniso kamuoliukas, prispaustas spygliuota viela. Jie naudojo švino mazgus karkase kaip metalo pirmtakus ir halogenines druskas kaip organines medžiagas. Halogenidų druskos tirpale yra metilammono bromido, kuris reaguoja su švinu sistemoje ir surenka nanokristalus aplink švino šerdis matricoje. Kadangi matrica išlaiko nanokristalus atskirai, jie nebendrauja ir nesuyra. Šis metodas grindžiamas vieno sprendimo padengimo metodu, kuris yra daug pigesnis nei vakuuminis procesas, kuris šiandien plačiai naudojamas neorganiniams šviesos diodams gaminti.
MOF stabilizuoti šviesos diodai gali pagaminti ryškiai raudoną, mėlyną ir žalią šviesą bei skirtingus kiekvienos šviesos atspalvius.
"Šiame darbe mes pirmą kartą parodome, kad MOF stabilizuoti perovskito nanokristalai sukurs ryškius, stabilius įvairių spalvų šviesos diodus", - sakė Los Alamoso nacionalinės laboratorijos Integruotų nanotechnologijų centro mokslininkas Wanyi Nie. "Mes galime sukurti skirtingas spalvas, pagerinti spalvų grynumą ir padidinti fotoliuminescencijos kvantinį derlių, medžiagos gebėjimo skleisti šviesą matą."
Tyrėjų komanda naudojo išplėstinį fotonų šaltinį (APS) - DOE mokslo vartotojo biurą Argonne - kad atliktų laiko išspręstą rentgeno absorbcijos spektroskopiją - techniką, kuri leido jiems laikui bėgant atrasti perovskito medžiagų pokyčius. Tyrėjai gali stebėti krūvių judėjimą per medžiagą ir sužinoti svarbios informacijos apie tai, kas atsitinka, kai skleidžiama šviesa.
"Tai galime padaryti tik su galingu vieno rentgeno spindulių impulsu ir unikalia APS laiko struktūra", - sakė grupės lyderis Xiaoyi Zhangas iš Argonne rentgeno mokslo skyriaus: "Mes galime sekti įkrautas daleles mažuose perovskito kristaluose. poziciją."
Atliekant ilgaamžiškumo bandymus, medžiaga gerai veikė UV spindulių, karščio ir elektros laukuose, nesuirdydama ir neprarasdama šviesos aptikimo ir liuminescencijos efektyvumo, o tai yra pagrindinė praktinio naudojimo, pvz., Televizorių ir radiacijos detektorių, sąlyga.
