Πρόσφατα, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne στο Lemont του Ιλινόις ηγήθηκε της ανάπτυξης ενός σημαντικού υλικού LED.
Οι ερευνητές της ομάδας του εργαστηρίου μεταρρύθμισης δήλωσαν: «Οι λυχνίες LED είναι εξαιρετικά αποτελεσματικές, εκπέμπουν λιγότερη θερμότητα και διαρκούν για μεγάλο χρονικό διάστημα». "Οι επιστήμονες μελετούν νέα υλικά για να κάνουν τις λυχνίες LED πιο αποτελεσματικές και μεγαλύτερης διάρκειας ζωής και να τις εφαρμόσουν στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, την ιατρική και τον τομέα ασφάλειας".
Ερευνητές και συνεργάτες από το Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven, το Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος και το Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC αναφέρουν ότι έχουν προετοιμάσει σταθερά νανοκρυστάλλους perovskite για αυτό το LED.
Το "Nature Photonics" δημοσίευσε μια εργασία που περιγράφει το έργο της ομάδας. «Η έρευνά μας δείχνει ότι αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει να βελτιώσουμε σημαντικά τη φωτεινότητα και τη σταθερότητα των φωτεινών νανοκρυστάλλων», σχολίασε ο Xuedan Ma, επιστήμονας στο Κέντρο Νανοϋλικών Argonne.
Τα νανοκρυστάλλους Perovskite είναι οι κύριοι υποψήφιοι για ένα νέο είδος υλικού LED. Αλλά για πολύ καιρό, αποδείχθηκε ασταθές στις δοκιμές.
Η ερευνητική ομάδα σταθεροποίησε τα νανοκρυστάλλους σε μια πορώδη δομή που ονομάζεται οργανικό πλαίσιο μετάλλων (MOF).
Με βάση τα άφθονα υλικά στη γη και κατασκευασμένα σε θερμοκρασία δωματίου, αυτά τα LED μπορεί μια μέρα να επιτρέψουν τηλεοράσεις χαμηλότερου κόστους και ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, καθώς και καλύτερο εξοπλισμό απεικόνισης ακτίνων-γ, ακόμη και για ιατρική, σάρωση ασφαλείας και επιστήμη. Ερευνήθηκε αυτοτροφοδοτούμενος ανιχνευτής ακτίνων Χ.
"Λύσαμε το πρόβλημα σταθερότητας ενθυλακώνοντας το υλικό perovskite στη δομή MOF", δήλωσε επιστήμονας στο Κέντρο Νανοϋλικών (CNM) της Argonne, Γραφείο του Γραφείου Επιστημονικών Εγκαταστάσεων Χρηστών του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ. "Η έρευνά μας δείχνει ότι αυτή η μέθοδος μπορεί να βοηθήσει πολύ στη βελτίωση της φωτεινότητας και της σταθερότητας των φωτεινών νανοκρυστάλλων."
"Η λειτουργική ιδέα του συνδυασμού νανοκρυστάλλων perovskite στο MOF έχει αποδειχθεί σε μορφή σκόνης, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που την ενσωματώνουμε με επιτυχία στο στρώμα εκπομπών ενός LED".
Προηγούμενες προσπάθειες για την κατασκευή LED νανοκρυσταλλικών παρεμποδίστηκαν από την υποβάθμιση των νανοκρυστάλλων πίσω σε μια ανεπιθύμητη φάση όγκου, χάνοντας τα πλεονεκτήματα των νανοκρυστάλλων και αποδυναμώνοντας τις δυνατότητές τους ως πρακτικές λυχνίες LED.
Η μαζική ύλη αποτελείται συνήθως από δισεκατομμύρια άτομα. Υλικά όπως τα perovskites αποτελούνται από μερικές έως μερικές χιλιάδες άτομα στο στάδιο του νανόμετρου, έτσι συμπεριφέρονται διαφορετικά.
Στη νέα τους μέθοδο, η ερευνητική ομάδα σταθεροποίησε τα νανοκρυστάλλους δημιουργώντας νανοκρυστάλλους σε μια μήτρα MOF, την οποία περιέγραψαν ως "σαν μια μπάλα του τένις που πιάστηκε από ένα συρματόπλεγμα". Χρησιμοποίησαν κόμβους μολύβδου στο πλαίσιο ως πρόδρομες ύλες μετάλλων και άλατα αλογονιδίων ως οργανικά υλικά.
Το διάλυμα άλατος αλογονιδίου περιέχει βρωμιούχο μεθυλ αμμώνιο, το οποίο αντιδρά με τον μόλυβδο στο πλαίσιο για τη συναρμολόγηση νανοκρυστάλλων γύρω από τον πυρήνα μολύβδου στη μήτρα.
Η μήτρα διατηρεί τα νανοκρυστάλλους διαχωρισμένα, ώστε να μην αλληλεπιδρούν και να υποβαθμίζονται. Αυτή η μέθοδος βασίζεται σε μια μέθοδο επίστρωσης διαλύματος, η οποία είναι πολύ φθηνότερη από την ευρέως χρησιμοποιούμενη διαδικασία κενού για την κατασκευή ανόργανων LED.
Τα σταθερά LED MOF μπορούν να παράγουν έντονο κόκκινο, μπλε και πράσινο φως, καθώς και διαφορετικές αποχρώσεις κάθε φωτός.
Ο Wani Nie, επιστήμονας στο Κέντρο Ολοκληρωμένης Νανοτεχνολογίας στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος, δήλωσε: «Σε αυτό το έργο, αποδείξαμε για πρώτη φορά ότι τα νανοκρυστάλλους perovskite που είναι σταθερά στο MOF θα δημιουργήσουν φωτεινά και σταθερά χρώματα διαφόρων χρωμάτων. LED." "Μπορούμε να δημιουργήσουμε διαφορετικά χρώματα, να βελτιώσουμε την καθαρότητα των χρωμάτων και να αυξήσουμε την κβαντική απόδοση φωτοφωταύγειας. Αυτό είναι ένα μέτρο της φωτεινής ικανότητας των υλικών."
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια προηγμένη πηγή φωτονίων (APS) για φασματοσκοπία απορρόφησης ακτίνων Χ που επιλύθηκε με το χρόνο, μια τεχνική που τους επέτρεψε να ανακαλύψουν αλλαγές στα υλικά perovskite με την πάροδο του χρόνου. Οι ερευνητές μπορούν να παρακολουθούν την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων μέσω του υλικού και να κατανοούν σημαντικές πληροφορίες που συμβαίνουν όταν εκπέμπεται φως.
