通过在金属有机框架(MOF)中稳定钙钛矿纳米晶体，一个研究小组合成了发光二极管(led)，利用了材料的性能优势，同时避免了之前的障碍。
基于地球上丰富的材料，并在室温下制造，这些发光二亚博网站下载极管有一天可以用于低成本电视和消费电子产品，更好的伽马射线成像设备，甚至是自我供电的x射线探测器。
“在这项工作中，我们首次证明了在MOF中稳定的钙钛矿纳米晶体将创造出各种颜色的明亮、稳定的led，”万宜聂说。聂是洛斯阿拉莫斯国家实验室综合纳米技术中心的研究员，也是今天发表在《自然光子学》杂志上的这篇论文的通讯作者。“金属卤化物钙钛矿纳米晶体提供了一个连续可调的光学带隙，覆盖几乎所有的可见光谱，这意味着我们可以创造不同的颜色，提高颜色纯度，以及高光致发光量子产量，这是一种材料产生光的能力的衡量。”
“在金属有机框架中结合钙钛矿纳米晶体的有趣概念已经以粉末形式被证明，但这是我们第一次成功地将其集成为LED的发射层，”曾在洛斯阿拉莫斯担任J. R.奥本海默博士后的蔡新汉说。
论文的研究团队成员来自台湾中央研究院、阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学。
“合成的互补的专业知识和先进的设施和光学和x射线同步特性带来的四个美国能源部科学办公室用户设施——;集成纳米技术中心(CINT)洛斯阿拉莫斯,中心的功能性纳米材料(CFN)布鲁克海文,亚博网站下载亚博老虎机网登录阿贡纳米材料中心(CNM)和先进光子源中心(APS)对这项亚博网站下载研究至关重要。”CFN软与生物纳米材料小组的材料科学家Mircea Cotlet亚博网站下载说。“我们的研究强调了国家设施在推进科学方面的重要性，在这里是纳米科学。”亚博老虎机网登录
“我们通过将钙钛矿材料封装在MOF结构中来解决其稳定性问题。”亚博网站下载阿贡国家实验室的马学丹说。“我们的光物理研究表明，这种方法使我们能够大幅提高发光纳米晶体的亮度和稳定性。”
之前试图制造纳米晶体led的尝试被纳米晶体降解回不需要的体积相所阻碍，失去了纳米晶体的优势，并削弱了它们作为实用led的潜力。大块物质由亚博网站下载数十亿个原子组成。亚博网站下载像钙钛矿这样的材料在纳米阶段是由几个到几千个原子组成的，因此表现不同。钙钛矿是一类具有特殊晶体结构的材料，具有吸光和发光的特性，在一系列节能应用中非常有用，包括太阳能电池和各种探测器。
在一种新颖的方法中，研究小组通过在金属有机框架的基质中制造纳米晶体来稳定它们，就像网球被铁丝网夹住一样。他们使用框架中的铅节点作为金属前体，卤化物盐作为有机材料。卤化物盐的溶液中含有甲基溴化铵，它与框架中的铅反应，在基体中的铅核周围组装纳米晶体。基质使纳米晶体保持分离，所以它们不会相互作用和降解。这种方法是基于一种解决方案涂层的方法，比目前广泛使用的用于制造无机led的真空处理要便宜得多。
金属有机框架led可以制造出明亮的红色、蓝色和绿色光，以及每种光的不同色调。
在耐久性测试中，该材料在紫外线辐射、热和电场下都表现良好，而不降低和失去其光探测和发光效率，这是电视和辐射探测器等实际应用的关键条件。
摘要:用金属-有机框架稳定的钙钛矿纳米晶体制成的明亮稳定发光二极管作者:蔡新汉，Shreetu Shrestha, Rafael A. Vilá，黄文晓，刘存明，侯正鸿，黄新祥，文谢文，李明星，Gary Wiederrecht，崔毅，Mircea Cotlet，张晓毅，马雪丹，聂万一。自然光子学。URL:https://www.nature.com/yabo214articles/s41566-021-00857-0
资金:洛斯阿拉莫斯国家实验室和美国能源部、科学办公室、基础能源科学办公室的实验室指导研究与发展(LDRD)项目资助了洛斯阿拉莫斯部分的这项工作。亚博老虎机网登录
来源:https://www.lanl.gov/