Les diodes électroluminescentes fabriquées à partir de nanocristaux de pérovskite (verts) incrustés dans une construction métallo-organique peuvent être créées à faible coût, utiliser des matériaux abondants en terre et rester stables dans des conditions de travail normales. Pointage de crédit: Image de Mis Alamos National Lab
Une percée dans le support des nanocristaux introduit la source de lumière à faible coût et économe en énergie pour l’électronique grand public, les détecteurs et l’imagerie médicale.
Les diodes électroluminescentes (LED) sont un leader méconnu du marché de l’éclairage. Ils fonctionnent efficacement, dégagent peu de chaleur et durent longtemps. Désormais, les scientifiques utiliseront de nouveaux matériaux pour aider à fabriquer des LED plus efficaces et plus durables avec des programmes dans les domaines de l’électronique grand public, des médicaments et de la sécurité.
Chercheurs des Oughouts. Le département S. associé au Laboratoire national d’Argonne d’Energy (DOE), au Laboratoire national de Brookhaven, au Laboratoire national de Mis Alamos et au SLAC Nationwide Accelerator Laboratory documentent qu’ils ont préparé des nanocristaux de pérovskite stables conçus pour de telles LED. L’Academia Sinica de Taiwan a également contribué à l’effort.
« Nos études ont démontré que cette approche nous permet d’améliorer considérablement la luminosité et la stabilité des nanocristaux électroluminescents. ” – Xuedan Ma, homme de science au centre de l’Argonne pour les composants nanométriques
Les pérovskites sont un matériau qui partagera une structure cristalline particulière, ce qui leur confère des qualités d’absorption et d’émission de lumière qui sont utiles dans une variété d’applications écoénergétiques, notamment les cellules solaires et différents types de détecteurs.
Les nanocristaux de pérovskite ont été des candidats parfaits en tant que tout nouveau matériau LED, mais se sont avérés imprévisibles lors des tests. L’équipe d’étude a stabilisé les nanocristaux particuliers dans une structure poreuse appelée structure métal-organique, ou même MOF pour faire court. Basés sur des composants abondants sur terre et fabriqués à température ambiante, ces types de LED pourraient un jour permettre des téléviseurs et des appareils électroniques grand public à moindre coût, ainsi que des dispositifs de meilleure résolution d’image aux rayons gamma et même des détecteurs de rayons X auto-alimentés ainsi que des applications dans le domaine des médicaments. , analyse de sécurité et recherche scientifique.
“Nous avons attaqué le problème de stabilité particulier associé aux matériaux pérovskites simplement en les encapsulant dans des structures MOF”, a déclaré Xuedan Mother, scientifique au Centre pour les matériaux à l’échelle nanométrique d’Argonne (CNM), le bureau du DOE associé au Service des utilisateurs scientifiques. « Nos études ont démontré que cette approche nous permet d’améliorer considérablement la luminosité et la stabilité des nanocristaux électroluminescents. ”
Hsinhan Tsai, un ancien post-doctorant JL Oppenheimer autre à Los Alamos, a ajouté que, ? « Le concept intrigant de fusion du nanocristal de pérovskite au sein du MOF a été prouvé sous forme de poudre, mais c’est la première fois que nous l’incorporons avec succès en tant que couche d’émission dans un DIRECTED. ”
Des tentatives antérieures pour créer des LED à nanocristaux ont été contrecarrées par la dégradation des nanocristaux jusqu’à la phase de masse indésirable, perdant leurs avantages en nanocristaux et minant leur potentiel particulier en tant que LED utiles. Les composants en vrac sont constitués de milliards d’atomes. Les matériaux tels que les pérovskites au stade nano sont constitués de groupements associés à seulement quelques à quelques 1000 atomes, et agissent donc différemment.
Dans le cadre de leur nouvelle approche, l’équipe d’étude a stabilisé les nanocristaux particuliers en les fabriquant dans la matrice d’un MOF, comme des balles de tennis capturées dans une clôture à mailles losangées. Ils ont utilisé des nœuds prospectifs dans la construction comme précurseur métallique et des sels d’halogénure comme matériaux organiques. La solution de sels d’halogénure contient du bromure de méthylammonium, qui répond avec du plomb dans le cadre pour assembler des nanocristaux autour du plomb primaire piégé dans la matrice. La matrice maintient les nanocristaux divisés, afin qu’ils ne communiquent pas et ne se dégradent pas. Ce processus est basé sur une approche de couche de solution, beaucoup moins coûteuse que la digestion sous vide utilisée pour créer les LED inorganiques particulières largement utilisées de nos jours.
Les LED stabilisées par MOF peuvent être créées pour créer des couleurs rougeâtres brillantes, bleues et ok, ainsi que des couleurs différentes pour chacune.
“Dans ce travail, nous avons tous démontré pour la première fois que les nanocristaux de pérovskite se trouve fermement dans un MOF créera certainement des LED lumineuses et stables dans une sélection de couleurs”, a déclaré Wanyi Nie, homme de science au Centre des nanotechnologies intégrées à Los Laboratoire national d’Alamos.? « Nous pouvons créer différentes couleurs, améliorer la pureté des couleurs et augmenter la production quantique de photoluminescence, qui est une mesure de la capacité du matériau à créer de la lumière. ”
L’équipe de recherche a utilisé Advanced Photon Supply (APS), une installation utilisateur du DOE Office of Technology avec Argonne, pour effectuer une spectroscopie d’absorption des rayons X à résolution temporelle, une technique qui leur a permis de repérer les changements particuliers dans les matériaux pérovskites au fil du temps. Les chercheurs ont pu suivre les frais d’électricité au fur et à mesure qu’ils se déplaçaient avec le matériau et ont découvert des informations importantes sur ce qui se passe lorsque la lumière est libérée.
“Nous ne pouvons le faire qu’en utilisant les puissantes impulsions de rayons X uniques et la structure de synchronisation distinctive de l’APS”, a déclaré Xiaoyi Zhang, chef d’équipe du département des sciences des rayons X d’Argonne. “Nous pouvons adhérer à l’endroit où les contaminants chargés étaient situés dans le minuscule acide urique pérovskite. ”
Dans les tests de durabilité, le matériau a fonctionné correctement sous les rayons ultraviolets, dans la chaleur et dans un champ électrique sans dégrader ni perdre son efficacité de détection et d’émission de lumière, une condition essentielle pour des applications utiles telles que les téléviseurs et les capteurs de rayonnement.
Référence : « Des diodes électroluminescentes lumineuses et stables construites avec des nanocristaux de pérovskite reposent fermement dans des cadres métallo-organiques » par Hsinhan Tsai, Shreetu Shrestha, Rafael A. Vilá, Wenxiao Huang, Cunming Liu, Cheng-Hung Hou, Hsin-Hsiang Huang, Xiewen Wen, Mingxing Li, tandis que gary Wiederrecht, Yi Cui, Mircea Cotlet, Xiaoyi Zhang, Xuedan Mother et Wanyi Nie, 6 septembre 2021, Photonique des personnages .
DOI : dix. 1038/s41566-021-00857-0
Les chercheurs d’Argonne ajoutant à ce travail se composent de Xuedan Ma, tandis que gary Wiederrecht et Xiewen Wen du CNM, et Xiaoyi Zhang et Cunming Liu de l’APS. Les chercheurs d’autres établissements incluent Hsinhan Tsai, Shreetu Shrestha, Rafael A. Vilá, Wenxiao Huang, Cheng-Hung Hou, Hsin-Hsiang Huang, Mingxing Li, Yi Cui, Mircea Cotlet et Wanyi Nie.
Le DOE Workplace of Basic Power Sciences a financé la partie Argonne particulière de ce travail particulier. Une partie de cette recherche particulière a utilisé les champs 8-ID-E et 11-ID-D de la source avancée de Lichtquant.
