De acordo com relatos da mídia estrangeira, os diodos emissores de luz (LED) são os heróis desconhecidos da indústria de iluminação. Eles correm eficientemente, emitem menos calor, e duram muito tempo. Agora, os cientistas estão estudando um novo material para tornar as aplicações de LED em eletrônica de consumo, medicina e segurança mais eficazes e com vida útil mais longa.
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), do Laboratório Nacional brookhaven, do Laboratório Nacional de Los Alamos e do Laboratório Nacional de Aceleração da SLAC relatam ter preparado cálcio estável para este tipo de nanocristais de minério de titânio LED. Institutos de pesquisa de Taiwan, China também contribuíram para esta pesquisa.
Perovskite é um tipo de material com uma estrutura cristais especial, que tem as características de absorção de luz e luminescência, e é muito útil em uma série de aplicações de economia de energia, incluindo células solares e vários detectores.
Embora os nanocristais perovskite sejam um dos principais candidatos a um novo tipo de material LED, eles provaram ser instáveis nos testes. A equipe de pesquisa estabilizou os nanocristais em uma estrutura porosa chamada estrutura orgânica metálica, ou MOF para abreviar. Com base nos materiais abundantes na terra e fabricados à temperatura ambiente, esses LEDs podem um dia permitir TVs de menor custo e eletrônicos de consumo, bem como melhores equipamentos de imagem de raios gama, e até mesmo autodefesa para pesquisa médica, de segurança e científica. Detector de raios-X.
"Resolvemos o problema de estabilidade encapsulando o material perovskite na estrutura do MOF", disse Xuedan Ma, cientista do Centro de Nanomateriais (CNM) em Argonne, Escritório de Instalações de Usuários do DOE. "Nossa pesquisa mostra que este método permite que possamos melhorar muito o brilho e a estabilidade dos nanocristais luminescentes."
Hsinhan Tsai, ex-pós-doutorando de JR Oppenheimer na Universidade de Los Alamos, nos Estados Unidos, acrescentou: "O interessante conceito de combinação de nanocristais perovskite em MOF foi comprovado em pó, mas esta é a primeira vez que o integramos com sucesso na camada emissora de um LED."
Tentativas anteriores de fabricação de LEDs nanocristalinos foram dificultadas pela degradação dos nanocristais de volta a uma fase de volume indesejado, o que os fez perder as vantagens dos nanocristais e enfraqueceu seu potencial como LEDs práticos. A matéria em massa é composta de bilhões de átomos. Materiais como perovskites são compostos de alguns a alguns milhares de átomos no estágio de nanômetros, então eles se comportam de forma diferente.
Em seu novo método, a equipe de pesquisa estabilizou os nanocristais fabricando-os em uma matriz de MOF, assim como uma bola de tênis é presa por uma cerca de arame farpado. Eles usaram nódulos de chumbo na estrutura como precursores metálicos e sais de halide como materiais orgânicos. A solução de sal halida contém brometo de amônio de metila, que reage com o chumbo na estrutura e monta nanocristais ao redor do núcleo de chumbo na matriz. Como a matriz mantém os nanocristais separados, eles não interagem e se degradam. Este método é baseado em um método de revestimento de soluções, que é muito mais barato do que o processo de vácuo amplamente utilizado para a fabricação de LEDs inorgânicos.
LeDs estabilizados MOF podem produzir luz vermelha, azul e verde brilhante e diferentes tons de cada luz.
Wanyi Nie, cientista do Centro de Nanotecnologia Integrada do Laboratório Nacional de Los Alamos, disse: "Neste trabalho, demonstramos pela primeira vez que os nanocristais perovskite que são estáveis no MOF criarão LEDs brilhantes e estáveis de várias cores. . . Podemos criar cores diferentes, melhorar a pureza das cores e aumentar o rendimento quântico da fotoluminescência, que é uma medida da capacidade luminosa dos materiais."
A equipe de pesquisa usou o Escritório de Instalações de Usuários Científicos da Advanced Photon Source (APS)-DOE em Argonne-para realizar espectroscopia de absorção de raios-X resolvidas pelo tempo, uma técnica que lhes permitiu descobrir alterações nos materiais perovskite ao longo do tempo. Os pesquisadores podem acompanhar o movimento das cargas elétricas no material e entender as informações importantes que ocorrem quando a luz é emitida.
"Só podemos conseguir isso através do poderoso pulso de raio-X e da estrutura de tempo única da APS", disse Xiaoyi Zhang, líder da equipe do Departamento de Ciência de Raios-X de Argonne. "Podemos rastrear as partículas carregadas nos pequenos cristais perovskite. s posição.
No teste de durabilidade, o material funciona bem sob radiação ultravioleta, calor e campo elétrico sem degradação e perda de sua detecção de luz e eficiência luminosa, condição fundamental para aplicações práticas como televisores e detectores de radiação.
