LED纳米材料的关键发现:一种低成本节能的新型光源

据国外媒体报道,发光二极管(LED)是照明行业的无名英雄。现在,科学家们正在研究一种新材料,使LED在消费电子、医药和安全领域的应用更加有效,寿命更长

来自阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室、,美国能源部(DOE)的洛斯阿拉莫斯国家实验室和SLAC国家加速器实验室报告称,他们已经为此类LED制备了稳定的钙钛矿纳米晶体。中国台湾的研究所也为这项研究做出了贡献。p> 钙钛矿是一种具有特殊晶体结构的材料,具有光吸收和发光的特性。它在一系列节能应用中非常有用,包括太阳能电池和各种探测器

虽然钙钛矿纳米晶体是新型LED材料的主要候选材料,但在测试中证明它们不稳定。研究小组将纳米晶体稳定在一种称为金属有机骨架(MOF)的多孔结构中。基于地球上丰富的材料并在室温下制造,这些LED有朝一日可能会带来成本更低的电视和消费电子产品、更好的伽马射线成像设备,甚至用于医学、安全扫描和科学研究的自供电X射线探测器DOE用户设施办公室阿贡纳米材料中心(CNM)的科学家马雪丹说:“我们通过在MOF结构中封装钙钛矿材料来解决稳定性问题。我们的研究表明,这种方法可以大大提高发光纳米晶体的亮度和稳定性。“

前美国洛斯阿拉莫斯大学J.R.奥本海默博士后研究员蔡新汉补充道:“在MOF中结合钙钛矿纳米晶体的有趣概念已经以粉末形式得到证实,但这是我们首次成功地将其集成到LED的发射层中。”

先前制造纳米晶led的尝试因纳米晶退化回不需要的体积相而受阻,这使得它们失去了纳米晶的优势,并削弱了其作为实用led的潜力。大量物质由数十亿个原子组成。钙钛矿等材料在纳米级由数到数千个原子组成,因此它们的行为不同

在他们的新方法中,研究团队通过在MOF基体中制备纳米晶体来稳定纳米晶体,就像网球被带刺铁丝网抓住一样。他们使用框架中的铅节点作为金属前体,使用卤化物盐作为有机材料。卤化物盐溶液中含有甲基溴化铵,它与骨架中的铅发生反应,并在基体中的铅芯周围组装纳米晶体。由于基质将保持纳米晶体分离,因此它们不会相互作用和降解。该方法基于溶液涂覆法,比广泛用于制造无机LED的真空处理便宜得多

MOF稳定LED可以产生明亮的红光、蓝光和绿光以及每种光的不同色调,洛斯阿拉莫斯国家实验室综合纳米技术中心的一位科学家说:“在这项工作中,我们首次证明在MOF中稳定的钙钛矿纳米晶体将产生各种颜色的明亮稳定的LED。我们可以创造不同的颜色,提高颜色纯度,提高光致发光量子产率,这是衡量材料发光能力的指标。”

研究团队使用先进的光子源(APS)——美国能源部位于阿贡的科学用户设施办公室——进行时间分辨X射线吸收光谱分析,这项技术使他们能够发现钙钛矿材料随时间的变化。研究人员可以跟踪材料中电荷的运动,并了解有关光发射的重要信息。

”我们只能通过强大的单X射线脉冲和APS独特的时间结构来实现这一点,”阿贡X射线科学部组长张晓义说,“我们可以跟踪微钙钛矿晶体中带电粒子的位置。“

在耐久性试验中,该材料在紫外线辐射、高温和电场下性能良好,不会退化和失去其光探测和发光效率,这是电视和辐射探测器等实际应用的关键条件

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