发光二极管图像
嵌入在金属 - 有机构架从钙钛矿纳米晶体(绿色)制成的发光二极管可在低成本,使用地球上资源丰富的材料形成,并且典型的工作条件下保持稳定。(由洛斯阿拉莫斯国家实验室的图片。)

发光二极管(LED)是照明行业的无名英雄。他们有效地运行,放出热量很少,而且持续时间长。现在,科学家们正在寻找新材料在消费电子,医药,安全应用更有效地和更长寿命的LED。

从能源部(DOE)阿贡国家实验室的美国能源部,布鲁克海文国家实验室,洛斯阿拉莫斯国家实验室和SLAC国家加速器实验室研究人员报告说,他们对这种LED制备的稳定的钙钛矿纳米晶体。也有助于这种努力是中央研究院在台湾。

钙钛矿是一类具有特殊晶体结构的材料,使其具有吸光和发光特性,可用于一系列节能应用,包括太阳能电池和各种探测器。钙钛矿型纳米晶是一种新型LED材料的主要候选材料,但在测试中证明不稳定。研究小组将纳米晶体稳定在一种称为金属有机骨架(简称MOF)的多孔结构中。基于地球丰富的材料并在室温下制造,这些LED有朝一日可以实现成本更低的电视和消费电子产品,以及更好的伽马射线成像设备,甚至可以实现在医学、安全扫描和科学研究中应用的自供电X射线探测器。

“我们在MOF结构封装他们的攻击钙钛矿材料的稳定性问题,”诞马,科学家在阿贡国家实验室的中心纳米材料(CNM),一个美国能源部科学办公室的用户工具说。“我们的研究表明,这种方法使我们能够大幅提升发光纳米晶体的亮度和稳定性。”

Hsinhan Tsai, a former J. R. Oppenheimer postdoc fellow at Los Alamos, added that, “The intriguing concept of combining perovskite nanocrystal in MOF had been demonstrated in powder form, but this is the first time we successfully integrated it as the emission layer in an LED.”

以前曾试图创建纳米晶的LED是由纳米晶体降低回不必要的体相挫败,失去他们的纳米晶的优势和破坏他们实用的LED的潜力。散装材料由数十亿原子。材料,如纳米钙钛矿相由短短的分组到几千个原子,从而表现不同。

在他们的新方法,研究小组通过财政部的基质中制造它们,就像陷入了一个链式围栏网球稳定的纳米晶体。他们使用铅节点在框架作为金属前体和卤化物盐作为有机材料。卤化物盐的溶液含有甲基铵溴化物,这与铅发生反应在框架组装周围捕获在基质中的铅芯纳米晶体。矩阵保持纳米分离,所以他们不会互相影响和降解。此方法是基于溶液涂布方法,比真空处理中使用今天创建广泛使用的无机LED便宜得多。的MOF-稳定LED可以被制造成创建明亮的红色,蓝色和绿色光,用改变每个色调沿。

研究团队使用先进光子源(APS),一个位于阿贡的能源部科学办公室用户设施,执行时间分辨X射线吸收光谱,这项技术使他们能够发现钙钛矿材料随时间的变化。研究人员能够在材料中移动时跟踪电荷,并了解了发光时发生的重要信息。

在耐久性试验中,材料在紫外线照射下表现良好,在热和在电场中,而不会降低和失去其发射光的光检测和效率,对于实际应用,如电视和辐射探测器的一个重要条件。

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