Prema izvješćima stranih medija, svjetleće diode (LED diode) neopjevani su junaci industrije rasvjete. Oni rade učinkovito, raspršuju manje topline i traju dugo. Sada znanstvenici rade na novom materijalu kako bi LED diode bile učinkovitije i trajale duže za primjene u potrošačkoj elektronici, medicini i sigurnosti.
Istraživači iz Nacionalnog laboratorija Argonne Američkog ministarstva energetike (DOE), Nacionalnog laboratorija Brookhaven, Nacionalnog laboratorija Los Alamos i Nacionalnog akceleratorskog laboratorija SLAC-a izvještavaju da su pripremili stabilan kalcij za takve LED diode titanit nanokristale. Istraživački instituti iz tajvanske regije Kine također su pridonijeli ovom istraživanju.
Perovskiti su klasa materijala s posebnim kristalnim strukturama koje apsorbiraju i emitiraju svjetlost, što ih čini korisnim u nizu energetski učinkovitih primjena, uključujući solarne ćelije i razne detektore.
Iako su perovskite nanokristali glavni kandidati za novu vrstu LED materijala, pokazali su se nestabilnima u testovima. Tim je stabilizirao nanokristale u poroznim strukturama poznatim kao metalni organski okviri ili skraćeno MOF-ovi. Na temelju materijala bogatih Zemljom i izrađenih na sobnoj temperaturi, ove LED diode mogle bi jednog dana omogućiti jeftinije televizore i potrošačku elektroniku, bolje uređaje za snimanje gama zraka, pa čak i autonomne sustave za medicinu, sigurnosno skeniranje i znanstvena istraživanja. Uključite rendgenski detektor.
"Riješili smo problem stabilnosti perovskitnih materijala inkapsulirajući ih u strukture MOF-a", rekao je Xuedan Ma, znanstvenik u Centru za nanoskalne materijale (CNM) u Argonneu, Ured za korisničke objekte DOE-a, "Naše istraživanje pokazuje da ovaj pristup omogućuje Dramatično poboljšati svjetlinu i stabilnost luminiscentnih nanokristala."
Hsinhan Tsai, bivši postdoktorat JR Oppenheimer na Sveučilištu Los Alamos, dodao je: "Zanimljiv koncept uključivanja perovskitnih nanokristala u MMOF-ove već je dokazan u obliku praha, ali ovo je prvi put da smo ih uspješno integrirali u emisivni sloj LED diode."
Prethodni pokušaji izrade nanokristalnih LED dioda otežani su razgradnjom nanokristala natrag u neželjene faze rasutog tereta, koje oduzimaju prednosti nanokristala i smanjuju njihov potencijal kao praktičnih LED dioda. Rasuta tvar se sastoji od milijardi atoma. Materijali poput perovskita sastoje se od nekoliko do tisuća atoma na nanoskali i stoga se ponašaju drugačije.
U svojoj novoj metodi, tim je stabilizirao nanokristale izmišljajući ih u matrici MOF-a, poput teniske loptice koja je stegnuta bodljikavom žicom. Koristili su olovne čvorove u okviru kao metalne prekursore i halidne soli kao organske materijale. Otopina halidne soli sadrži metilammonijev bromid, koji reagira s olovom u okviru i sastavlja nanokristale oko olovnih jezgri u matrici. Budući da matrica drži nanokristale odvojenima, oni ne djeluju i razgrađuju se. Metoda se temelji na metodi premaza s jednom otopinom koja je mnogo jeftinija od vakuumskog procesa koji se danas široko koristi za izradu anorganskih LED dioda.
LED diode stabilizirane MOF-om mogu proizvesti svijetlo crveno, plavo i zeleno svjetlo i različite nijanse svakog svjetla.
"U ovom radu prvi put pokazujemo da će perovskite nanokristali stabilizirani u MMOF-ovima stvoriti svijetle, stabilne LED diode u različitim bojama", rekao je Wanyi Nie, znanstvenik centra za integriranu nanotehnologiju u Nacionalnom laboratoriju Los Alamos. "Možemo stvoriti različite boje, poboljšati čistoću boja i povećati kvantni prinos fotoluminiscencije, mjeru sposobnosti materijala da emitira svjetlost."
Istraživački tim koristio je Advanced Photon Source (APS) -- Doe-ov Ured za korisnike znanosti u Argonneu -- za izvođenje vremenski riješene spektroskopije apsorpcije rendgenskih zraka, tehnike koja im je omogućila otkrivanje promjena u perovskitnim materijalima tijekom vremena. Istraživači mogu pratiti kretanje naboja kroz materijal i naučiti važne informacije o tome što se događa kada se emitira svjetlost.
"To možemo učiniti samo sa snažnim jednostrukim rendgenskim pulsom i jedinstvenom vremenskom strukturom APS-a", rekao je vođa skupine Xiaoyi Zhang u Argonneovom Odjelu za rendgensku znanost, "Možemo pratiti nabijene čestice u sitnim perovskitnim kristalima. s pozicija."
U ispitivanjima trajnosti materijal je dobro funkcionirao pod UV zračenjem, toplinom i električnim poljima bez razgradnje i gubitka detekcije svjetlosti i učinkovitosti luminiscencije, što je ključni uvjet za praktičnu primjenu kao što su televizori i detektori zračenja.
