Theo các phương tiện truyền thông nước ngoài, điốt phát quang (LED) là người hùng thầm lặng của ngành công nghiệp chiếu sáng. Chúng chạy hiệu quả, tỏa nhiệt ít hơn và thời gian sử dụng lâu dài. Hiện nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu một loại vật liệu mới để làm cho các ứng dụng LED trong điện tử tiêu dùng, y học và an ninh trở nên hiệu quả hơn và tuổi thọ cao hơn.
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 loại tinh thể nano quặng Titan LED này. Các viện nghiên cứu từ Đài Loan, Trung Quốc cũng đóng góp vào nghiên cứu này.
Perovskite là một loại vật liệu có cấu trúc tinh thể đặc biệt, có đặc tính hấp thụ ánh sáng và phát quang, rất hữu ích trong một loạt các ứng dụng tiết kiệm năng lượng, bao gồm pin mặt trời và các thiết bị dò tìm khác nhau.
Mặc dù các tinh thể nano perovskite là một ứng cử viên chính cho một loại vật liệu LED mới, chúng đã được chứng minh là không ổn định trong các thử nghiệm. Nhóm nghiên cứu đã ổn định các tinh thể nano trong một cấu trúc xốp được gọi là khung hữu cơ kim loại, viết tắt là MOF. Dựa trên những vật liệu dồi dào trên trái đất và được sản xuất ở nhiệt độ phòng, một ngày nào đó, những đèn LED này có thể kích hoạt TV chi phí thấp hơn và thiết bị điện tử tiêu dùng, cũng như thiết bị hình ảnh tia gamma tốt hơn và thậm chí là khả năng tự vệ để quét y tế, an ninh và nghiên cứu khoa học. Máy dò tia X công suất.
& quot; Chúng tôi đã giải quyết vấn đề ổn định bằng cách đóng gói vật liệu perovskite trong cấu trúc MOF," Xuedan Ma, một nhà khoa học tại Trung tâm Vật liệu nano (CNM) ở Argonne, Văn phòng Cơ sở Người dùng DOE cho biết." Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng phương pháp 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 sau tiến sĩ JR Oppenheimer tại Đại học Los Alamos, Hoa Kỳ, nói thêm: “Khái niệm thú vị về việc kết hợp các tinh thể nano perovskite trong MOF đã được chứng minh ở dạng bột, nhưng đây là lần đầu tiên chúng tôi tích hợp thành công nó vào lớp phát ra của đèn LED. ."
Những nỗ lực trước đây để sản xuất đèn LED tinh thể nano đã bị cản trở bởi sự suy thoái của các tinh thể nano trở lại giai đoạn thể tích không mong muốn, điều này khiến chúng mất đi những ưu điểm của tinh thể nano và làm suy yếu tiềm năng của chúng như những đèn LED thực tế. Vật chất khối lượng lớn được cấu tạo từ hàng tỷ nguyên tử. Các vật liệu như perovskite được cấu tạo từ vài đến vài nghìn nguyên tử ở giai đoạn nanomet, vì vậy chúng 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 MOF, giống như một quả bóng tennis bị kẹp bởi hàng rào dây thép gai. Họ đã sử dụng các nút chì trong khung làm tiền chất kim loại và muối halogenua làm vật liệu hữu cơ. Dung dịch muối halogenua chứa metyl amoni bromua, phản ứng với chì trong khuôn khổ và tập hợp các tinh thể nano xung quanh lõi chì trong chất nền. Vì ma trận giữ cho các tinh thể nano được tách biệt, chúng sẽ không tương tác và phân hủy. Phương pháp này dựa trên phương pháp phủ dung dịch, rẻ hơn nhiều so với quy trình chân không được sử dụng rộng rãi để sản xuất đèn LED vô cơ.
Đèn LED ổn định MOF có thể tạo ra ánh sáng đỏ, xanh dương và xanh lá cây và các sắc thái khác nhau của mỗi ánh sáng.
Wanyi Nie, một nhà khoa học tại Trung tâm Công nghệ Nano Tích hợp tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos, cho biết:" Trong công trình này, lần đầu tiên chúng tôi đã chứng minh rằng các tinh thể nano perovskite ổn định trong MOF sẽ tạo ra các đèn LED sáng và ổn định của màu sắc khác nhau. . Chúng ta có thể tạo ra các màu khác nhau, cải thiện độ tinh khiết của màu và tăng năng suất lượng tử phát quang, là thước đo khả năng phát sáng của vật liệu."
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng Nguồn Photon Nâng cao (APS) -DOE' s Văn phòng Cơ sở Người dùng Khoa học ở Argonne-để thực hiện quang phổ hấp thụ tia X phân giải theo thời gian, một kỹ thuật cho phép họ phát hiện ra những thay đổi trong vật liệu perovskite tăng ca. Các nhà nghiên cứu có thể theo dõi sự chuyển động của các điện tích trong vật liệu và hiểu được thông tin quan trọng xảy ra khi phát ra ánh sáng.
& quot; Chúng ta chỉ có thể đạt được điều này thông qua xung tia X đơn mạnh mẽ và cấu trúc thời gian độc đáo của APS," Xiaoyi Zhang, trưởng nhóm của Phòng Khoa học X-quang của Argonne cho biết." Chúng tôi có thể theo dõi các hạt tích điện trong các tinh thể perovskite nhỏ. vị trí của s."
Trong thử nghiệm độ bền, vật liệu hoạt động tốt dưới bức xạ cực tím, nhiệt và điện trường mà không bị suy giảm và mất khả năng phát hiện ánh sáng và hiệu suất phát sáng, đây là điều kiện quan trọng cho các ứng dụng thực tế như TV và máy dò bức xạ.