最近、イリノイ州レモンのアルゴンヌ国立研究所の米国エネルギー省(DOE)が重要なLED材料の開発を主導しました。
改革研究所チームの研究者は、「LEDは非常に効率的で、熱を放出し、長く続きます」と述べています。「科学者たちは、LEDをより効率的かつ長寿命にし、家電、医療、セキュリティ分野に応用するための新しい材料を研究しています。
ブルックヘブン国立研究所、ロスアラモス国立研究所、SLAC国立加速器研究所の研究者とパートナーは、このLEDに対して安定したペロブスカイトナノ結晶を調製したと報告しています。
「ネイチャーフォトニクス」は、グループの仕事を説明する論文を発表しました。「我々の研究は、この方法が発光ナノ結晶の明るさと安定性を大幅に向上させることを示しています」と、アルゴンヌナノマテリアルセンターの科学者であるXuedan Maはコメントしています。
ペロブスカイトナノ結晶は、新しいタイプのLED材料の主な候補です。しかし、長い間、それはテストで不安定であることが判明しました。
研究チームは、金属有機フレームワーク(MOF)と呼ばれる多孔質構造でナノ結晶を安定化させた。
地球上の豊富な材料に基づいて、室温で製造され、これらのLEDは、いつか低コストのテレビや家電製品だけでなく、医療、セキュリティスキャン、科学のためのより良いガンマ線イメージング装置を可能にするかもしれません。自己給電X線検出器を研究。
「我々は、MOF構造にペロブスカイト材料をカプセル化することによって安定性の問題を解決しました」と、米国エネルギー省科学ユーザー施設局のアルゴンヌナノ材料センター(CNM)の科学者は言いました。「我々の研究は、この方法が発光性ナノ結晶の明るさと安定性を大幅に向上させるのに役立つということを示しています。
「ペロブスカイトナノ結晶をMOFに組み合わせるというコンセプトは粉末状で証明されていますが、LEDの発光層にうまく組み込まれたのは初めてです」
ナノ結晶性LEDを製造する以前の試みは、ナノ結晶の劣化によって不要な体積相に戻り、ナノ結晶の利点を失い、実用的なLEDとしての可能性を弱めることによって妨げられました。
バルク物質は通常、数十億個の原子で構成されています。ペロブスカイトのような材料は、ナノメートルの段階で数~数千個の原子で構成されているため、動作が異なります。
彼らの新しい方法では、研究チームは「有刺鉄線でキャッチされたテニスボールのように」と表現したMOFのマトリックスにナノ結晶を作成することによって、ナノ結晶を安定させた。彼らは、金属前駆体としてフレームワーク内の鉛ノードを使用し、有機材料としてハロゲン化物塩を使用しました。
ハロゲン化塩溶液には臭化メチルアンモニウムが含まれており、フレームワーク内のリードと反応して、マトリックス内の鉛コアの周りにナノ結晶を組み立てます。
マトリックスはナノ結晶を分離したままにするので、相互作用して分解しません。この方法は、無機LEDの製造に広く使用されている真空プロセスよりもはるかに安価な溶液コーティング方法に基づいています。
MOF安定LEDは明るい赤、青、緑の光だけでなく、各光の異なる色合いを生成することができます。
ロスアラモス国立研究所統合ナノテクノロジーセンターの科学者ワニ・ニーは、「この研究では、MOFで安定したペロブスカイトナノ結晶が様々な色の明るく安定した色を作り出すであろうことを初めて実証しました。LED。「色の違い、色純度の向上、光発光量子収率の向上を実現します。これは、材料の発光能力の尺度です。
研究チームは、時間分解されたX線吸収分光法に高度な光子源(APS)を使用し、ペロブスカイト材料の経時変化を発見することを可能にした技術です。研究者は、材料を通して電荷の動きを追跡し、光が放出されたときに発生する重要な情報を理解することができます。
