Theo báo cáo phương tiện truyền thông nước ngoài, điốt phát sáng (ĐÈN LED) là những anh hùng vô danh của ngành công nghiệp chiếu sáng. Chúng hoạt động hiệu quả, tiêu tan ít nhiệt hơn và tồn tại trong một thời gian dài. Giờ đây, các nhà khoa học đang nghiên cứu một vật liệu mới để làm cho đèn LED hiệu quả hơn và tồn tại lâu hơn cho các ứng dụng trong điện tử tiêu dùng, y học và bảo mật.
Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos và Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC báo cáo rằng họ đã chuẩn bị canxi ổn định cho các tinh thể nano TITANIT đèn LED như vậy. Các viện nghiên cứu từ khu vực Đài Loan của Trung Quốc cũng đóng góp cho nghiên cứu này.
Perovskites là một lớp vật liệu có cấu trúc tinh thể đặc biệt hấp thụ và phát ra ánh sáng, làm cho chúng hữu ích trong một loạt các ứng dụng tiết kiệm năng lượng, bao gồm pin mặt trời và các máy dò khác nhau.
Trong khi các tinh thể nano perovskite là ứng cử viên chính cho một loại vật liệu LED mới, chúng tỏ ra không ổn định trong các thử nghiệm. Nhóm nghiên cứu đã ổn định các tinh thể nano trong các cấu trúc xốp được gọi là khung hữu cơ kim loại, hay gọi tắt là MOFs. Dựa trên các vật liệu dồi dào trên Trái đất và được sản xuất ở nhiệt độ phòng, những đèn LED này một ngày nào đó có thể cho phép TV và thiết bị điện tử tiêu dùng chi phí thấp hơn, các thiết bị hình ảnh tia gamma tốt hơn và thậm chí cả các hệ thống tự trị cho y học, quét an ninh và nghiên cứu khoa học. Cung cấp năng lượng cho máy dò tia X.
"Chúng tôi đã giải quyết vấn đề ổn định của vật liệu perovskite bằng cách đóng gói chúng trong các cấu trúc MOF", Xuedan Ma, một nhà khoa học tại Trung tâm Vật liệu Nano (CNM) ở Argonne, Văn phòng Cơ sở Người dùng của DOE, cho biết, "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy cách tiếp cận này cho phép Chúng tôi có thể cải thiện đáng kể độ sáng và độ ổn định của các tinh thể nano phát quang".
Hsinhan Tsai, cựu nghiên cứu sinh jr Oppenheimer tại Đại học Los Alamos, nói thêm: "Khái niệm thú vị về việc kết hợp các tinh thể nano perovskite trong MOFs đã được chứng minh ở dạng bột, nhưng đây là lần đầu tiên chúng tôi tích hợp thành công chúng vào lớp đèn LED ".
Những nỗ lực trước đây để chế tạo đèn LED tinh thể nano đã bị cản trở bởi sự xuống cấp của các tinh thể nano trở lại thành các giai đoạn số lượng lớn không mong muốn, lấy đi những lợi thế của tinh thể nano và làm giảm tiềm năng của chúng như đèn LED thực tế. Vật chất số lượng lớn được tạo thành từ hàng tỷ nguyên tử. Các vật liệu như perovskites được tạo thành từ vài đến hàng ngàn nguyên tử ở cấp độ nano và do đó hoạt động khác nhau.
Trong phương pháp mới của họ, nhóm nghiên cứu đã ổn định các tinh thể nano bằng cách chế tạo chúng trong một ma trận của MOF, giống như một quả bóng tennis được kẹp bằng dây thép gai. Họ đã sử dụng các nút chì trong khuôn khổ làm tiền chất kim loại và muối halide làm vật liệu hữu cơ. Dung dịch muối halide có chứa methylammonium bromide, phản ứng với chì trong khuôn khổ và lắp ráp các tinh thể nano xung quanh lõi chì trong ma trận. Vì ma trận giữ cho các tinh thể nano tách biệt, chúng không tương tác và phân hủy. Phương pháp này dựa trên phương pháp phủ một dung dịch ít tốn kém hơn nhiều so với quy trình chân không được sử dụng rộng rãi ngày nay để tạo ra đèn LED vô cơ.
Đèn LED ổn định MOF có thể tạo ra ánh sáng màu đỏ tươi, xanh dương và xanh lá cây và các sắc thái khác nhau của mỗi ánh sáng.
"Trong công trình này, lần đầu tiên chúng tôi chứng minh rằng các tinh thể nano perovskite ổn định trong MOFs sẽ tạo ra đèn LED sáng, ổn định với nhiều màu sắc khác nhau", Wanyi Nie, một nhà khoa học tại Trung tâm Công nghệ Nano tích hợp tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos cho biết. "Chúng tôi có thể tạo ra các màu sắc khác nhau, cải thiện độ tinh khiết màu sắc và tăng năng suất lượng tử phát quang, một thước đo khả năng phát ra ánh sáng của vật liệu."
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng Nguồn Photon Tiên tiến (APS) - Văn phòng Cơ sở Người dùng Khoa học của DOE ở Argonne - để thực hiện quang phổ hấp thụ tia X được giải quyết theo thời gian, một kỹ thuật cho phép họ khám phá những thay đổi trong vật liệu perovskite theo thời gian. Các nhà nghiên cứu có thể theo dõi chuyển động của điện tích thông qua vật liệu và tìm hiểu thông tin quan trọng về những gì xảy ra khi ánh sáng được phát ra.
"Chúng tôi chỉ có thể làm điều này với xung tia X đơn mạnh mẽ và cấu trúc thời gian độc đáo của APS", trưởng nhóm Xiaoyi Zhang trong Bộ phận Khoa học tia X của Argonne cho biết, "Chúng tôi có thể theo dõi các hạt tích điện trong các tinh thể perovskite nhỏ. vị trí của nó."
Trong các bài kiểm tra độ bền, vật liệu hoạt động tốt dưới bức xạ UV, nhiệt và điện trường mà không làm suy giảm và mất hiệu quả phát hiện ánh sáng và phát quang, một điều kiện quan trọng cho các ứng dụng thực tế như TV và máy dò bức xạ.