Написано AZoNano 2 декабря 2019 [19459] 190090000

Нанокристаллы перовскита демонстрируют потенциал для расширения широкого спектра оптоэлектронных устройств, от светодиодов (LED) до лазеров. Тем не менее, эти материалы не используются широко на коммерческом уровне из-за их долговечности.

Для решения проблемы долговечности материала перовскита ученые из Технологического института Джорджии (Georgia Tech) описали инновационный метод, в котором перовскит заключен в двухслойную систему защиты, изготовленную из кремнезема и пластика.

Исследователи продемонстрировали многоэтапный процесс создания заключенных в оболочку нанокристаллов перовскита, которые не легко разлагаются во влажных условиях. Это исследование было недавно опубликовано в журнале Science Advances 29 ноября ^th 2019.

Нанокристаллы перовскита очень чувствительны к деградации, особенно когда они вступают в контакт с водой. Эта система с двумя оболочками обеспечивает два уровня защиты, позволяя каждому нанокристаллу оставаться отдельной и отдельной единицей, достигая максимальной площади поверхности и других физических характеристик перовскита, необходимых для оптимизации оптоэлектронных приложений .

Жиквин Лин, профессор Школы материаловедения и инженерии, Технологический институт Джорджии

Перовскит – это термин, который относится к кристаллической структуре материала. Материал обычно состоит из трех частей – пары катионов разных размеров и одного аниона между ними. В течение многих лет ученые пытались заменить различные типы химикатов в структуре, чтобы получить исключительные свойства. В частности, перовскиты, содержащие галогенидные соединения, такие как йод и бромид, могут служить в качестве излучателей и поглотителей света.

Для этого анализа команда Лина проверила одну из самых стандартных конфигураций галогенидов, образованных из бромида, свинца и метиламмония. Исследование было поддержано Управлением научных исследований ВВС, Агентством по уменьшению угрозы обороны, Национальным научным фондом и Министерством энергетики США.

В процессе исследований изначально формируются звездообразные пластиковые молекулы, которые потенциально могут действовать как «нанореакторы». Чтобы сформировать эти молекулы, 21 полимерное плечо сначала выращивается на простой молекуле сахара. Затем, после того, как пластмассовая молекула загружена химическими веществами-прекурсорами для нанокристаллов перовскита и кремнезема, многие стадии химических реакций создают окончательную систему.

После того, как звездообразный пластик стал нанореактором, звездообразные компоненты продолжают бесконечно прикрепляться, практически как волосы, к кремнезему. Именно этот кремнезем покрывает перовскит. Впоследствии волосы не только отталкивают воду, но и предотвращают слипание нанокристаллов перовскита, служа в качестве начального слоя защиты. Последующий слой кремнезема дополнительно защищает нанокристаллы в случае попадания воды в водоотталкивающие пластмассовые волоски.

Синтез и применение нанокристаллов перовскита были быстро развивающейся областью исследований в течение последних пяти лет. Наша стратегия, основанная на разумно сконструированном звездообразном пластике в качестве нанореактора, обеспечивает беспрецедентный контроль при изготовлении высококачественных нанокристаллов перовскита со сложной архитектурой, что недоступно при традиционных подходах .

Yanjie He, соавтор и бывший аспирант, Технологический институт Джорджии

Чтобы проверить материал, ученые использовали тонкую пленку инкапсулированных перовскитов для покрытия стеклянных подложек, а затем провели ряд стресс-тестов, таких как погружение всего образца в деионизированную воду.

Когда образец освещали ультрафиолетовым светом, исследователи наблюдали, что фотолюминесцентные характеристики перовскитов не снижались в течение 30-минутного теста. Для сравнения ученые также погрузили некапсулированные перовскиты в воду и наблюдали, как их фотолюминесценция исчезла в течение нескольких секунд.

По словам Лин, новая методика демонстрирует, что поверхностные свойства нанокристалла с двойной оболочкой могут быть изменены для улучшения его характеристик в более широком диапазоне применений. Кроме того, процесс использования звездообразного пластика для изготовления нового пластика нанокристаллов перовскита был необычным, поскольку использовались только растворители с низкой температурой кипения и пониженной токсичностью.

Предстоящие исследования могут быть направлены на создание различных нанокристаллических систем перовскита, таких как легированные перовскиты, двойные перовскиты и полностью неорганические перовскиты.

Мы предполагаем, что этот тип нанокристалла перовскита окажется очень полезным для создания долговечных оптоэлектронных устройств для биовизуализации, биосенсоров, фотонных сенсоров и детектирования излучения, а также светодиодов, лазеров и сцинтилляторов следующего поколения. Это связано с тем, что эти волосистые нанокристаллы перовскита обладают уникальными преимуществами, включая высокую устойчивость к дефектам, более узкие полосы излучения и высокую эффективность сцинтилляции .

Жиквин Лин, профессор Школы материаловедения и инженерии, Технологический институт Джорджии

Исследование было поддержано Национальным научным фондом (NSF) в рамках гранта № CMMI 1727313, CMMI 1914713, CBET 1803495, Агентство по уменьшению угрозы обороны в рамках гранта № HDTRA1-18-1-0004, Управление научных исследований ВВС. Исследования в рамках гранта № FA9550-19-1-0317 и Министерства энергетики США в рамках гранта № DE-SC0018611 и DE-FG02-90ER46604.

Новая система защиты может помочь перовскитным светодиодам противостоять воде. Видео Кредит: Джош Браун.

Источник: https://www.gatech.edu/