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CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，近日，美國能源部 (DoE) 阿貢國家實驗室、布魯克海文國家實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、SLAC 國家加速器實驗室和中國臺灣地區(qū)中央研究院的研究人員報告了一種LED用穩(wěn)定鈣鈦礦納米晶體的制作方法。
圖1. 利用嵌入金屬-有機框架中鈣鈦礦納米晶體（綠色）制成的發(fā)光二極管
據(jù)外媒報Perovskite-info報道，迄今為止，鈣鈦礦納米晶體的不穩(wěn)定性一直是這種材料用于LED發(fā)光器件等應用的主要問題。不過最近，該研究小組成功將這種納米晶體穩(wěn)定在一種稱為金屬-有機框架或簡稱MOF的多孔結構中?；谶@種結構制作出的LED僅使用一些儲備極其豐富的材料和容易達成的室溫條件，在未來有希望用于低成本的電視和消費電子產(chǎn)品，以及一些性能非常好的伽馬射線成像設備。
“我們通過將鈣鈦礦材料穩(wěn)定在MOF結構中，徹底解決了傳統(tǒng)設計中這一類材料的穩(wěn)定性問題，”美國能源部科學用戶設施辦公室納米材料中心 (CNM) 的科學家Xuedan Ma說道，“我們的研究表明，這種方法可以顯著提高這種發(fā)光納米晶體的亮度和穩(wěn)定性。”
洛斯阿拉莫斯大學前 JR Oppenheimer 博士后研究員 Hsinhan Tsai 補充說：“這之前，業(yè)界曾展示過基于將鈣鈦礦納米晶體固定在MOF結構概念制作的粉末材料，不過這次，我們第一次成功將其集成為LED的發(fā)光層。”
之前所有制作納米晶體LED的嘗試都因納米晶體退化回不想看到的體相狀態(tài)而以失敗告終，也正是這一原因，納米晶體用于實用LED變得不可能。這種體相的大塊材料由數(shù)十億個原子組成，而處于納米相的鈣鈦礦等材料則僅由幾個到幾千個原子組成，因此其表現(xiàn)出非常大的不同。
在該研究小組提出的新方法中，他們在MOF矩陣結構內(nèi)制造鈣鈦礦納米晶體以穩(wěn)定這種發(fā)光材料的發(fā)光性能，實際看起來好像納米晶體被“鐵絲網(wǎng)”裹住。他們使用框架中的鉛節(jié)點作為金屬前體，使用鹵化物鹽作為有機材料。這里鹵化物鹽溶液含有甲基溴化銨，它與骨架中的鉛反應，并陣列內(nèi)的鉛核周圍組裝成納米晶體。這種陣列結構可以讓納米晶體保持分離，因此它們不會相互作用和降解。這種方案使用溶液涂布的方法，成本上遠低于當前廣泛用于無機LED的真空處理方法。
“在這項工作中，我們首次證明了在MOF中制作穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶體，進而形成穩(wěn)定LED的方案，”洛斯阿拉莫斯國家實驗室集成納米技術中心的科學家Wanyi Nie說，“我們可以借助這種方案制作出不同顏色的LED，并提高顏色純度、增加光致發(fā)光量子產(chǎn)率，這些都是衡量鈣鈦礦材料發(fā)光性能的指標。”
該研究團隊使用位于阿貢的DoE科學用戶設施辦公室的高級光子源 (APS)進行時間分辨的X 射線吸收光譜測量，這種技術能夠讓他們了解鈣鈦礦材料隨時間的變化規(guī)律。據(jù)此，研究人員能夠在電荷穿過材料時跟蹤電荷，并了解發(fā)光時伴隨產(chǎn)生的重要信息。
“我們只能通過APS強大的單一X射線脈沖和獨特的計時結構來做到這一點，”阿貢X射線科學部的組長Xiaoyi Zhang說道，“我們可以借助這種技術追蹤帶電粒子位于微小鈣鈦礦晶體內(nèi)的位置。” 在耐久性測試中，該材料在紫外線輻射、熱和電場下表現(xiàn)良好，發(fā)光效率沒有出現(xiàn)明顯降低，這是電視和輻射探測器等實際應用的關鍵要求。
