Selon les médias étrangers, les diodes électroluminescentes (LED) sont les héros méconnus de l’industrie de l’éclairage. Ils fonctionnent efficacement, émettent moins de chaleur et durent longtemps. Maintenant, les scientifiques étudient un nouveau matériau pour rendre les applications LED dans l’électronique grand public, la médecine et la sécurité plus efficaces et plus longues.
Des chercheurs du laboratoire national Argonne du département de l’Énergie des États-Unis (DOE), du laboratoire national de Brookhaven, du laboratoire national de Los Alamos et du laboratoire national d’accélérateur du SLAC rapportent qu’ils ont préparé du calcium stable pour ce type de nanocristaux de minerai de titane LED. Des instituts de recherche de Taïwan, en Chine, ont également contribué à cette recherche.
La pérovskite est un type de matériau avec une structure cristalline spéciale, qui présente les caractéristiques d’absorption de la lumière et de luminescence, et est très utile dans une série d’applications d’économie d’énergie, y compris les cellules solaires et divers détecteurs.
Bien que les nanocristaux de pérovskite soient un candidat majeur pour un nouveau type de matériau LED, ils se sont avérés instables lors des tests. L’équipe de recherche a stabilisé les nanocristaux dans une structure poreuse appelée cadre organique métallique, ou MOF en abrégé. Basées sur les matériaux abondants sur la terre et fabriquées à température ambiante, ces LED pourraient un jour permettre des téléviseurs et de l’électronique grand public à moindre coût, ainsi qu’un meilleur équipement d’imagerie gamma, et même l’autodéfense pour la recherche médicale, le balayage de sécurité et la recherche scientifique. Détecteur de rayons X de puissance.
« Nous avons résolu le problème de stabilité en encapsulant le matériau de pérovskite dans la structure MOF », a déclaré Xuedan Ma, scientifique au Center for Nanomaterials (CNM) à Argonne, DOE User Facilities Office. « Nos recherches montrent que cette méthode nous permet d’améliorer considérablement la luminosité et la stabilité des nanocristaux luminescents. »
Hsinhan Tsai, ancien boursier postdoctoral JR Oppenheimer à l’Université de Los Alamos aux États-Unis, a ajouté: « Le concept intéressant de combiner des nanocristaux de pérovskite dans le MOF a été prouvé sous forme de poudre, mais c’est la première fois que nous l’intégrons avec succès dans la couche émettrice d’une LED. »
Les tentatives précédentes de fabrication de LED nanocristallines ont été entravées par la dégradation des nanocristaux en une phase de volume indésirable, ce qui leur a fait perdre les avantages des nanocristaux et a affaibli leur potentiel en tant que LED pratiques. La matière en vrac est composée de milliards d’atomes. Les matériaux comme les pérovskites sont composés de quelques à quelques milliers d’atomes au stade nanométrique, de sorte qu’ils se comportent différemment.
Dans leur nouvelle méthode, l’équipe de recherche a stabilisé les nanocristaux en les fabriquant dans une matrice de MOF, tout comme une balle de tennis est serrée par une clôture de barbelés. Ils ont utilisé des nœuds de plomb dans le cadre comme précurseurs métalliques et des sels d’halogénures comme matières organiques. La solution saline d’halogénure contient du bromure de méthyl ammonium, qui réagit avec le plomb dans le cadre et assemble des nanocristaux autour du noyau de plomb dans la matrice. Étant donné que la matrice maintient les nanocristaux séparés, ils n’interagiront pas et ne se dégraderont pas. Cette méthode est basée sur une méthode de revêtement en solution, qui est beaucoup moins chère que le procédé sous vide largement utilisé pour la fabrication de LED inorganiques.
Les LED stabilisées MOF peuvent produire une lumière rouge, bleue et verte brillante et différentes nuances de chaque lumière.
Wanyi Nie, scientifique au Centre de nanotechnologie intégrée du Laboratoire national de Los Alamos, a déclaré: « Dans ce travail, nous avons démontré pour la première fois que les nanocristaux de pérovskite stables dans le MOF créeront des LED lumineuses et stables de différentes couleurs. Nous pouvons créer différentes couleurs, améliorer la pureté des couleurs et augmenter le rendement quantique de photoluminescence, qui est une mesure de la capacité lumineuse des matériaux.
L’équipe de recherche a utilisé l’Advanced Photon Source (APS)-DOE’s Office of Scientific User Facilities en Argonne pour effectuer une spectroscopie d’absorption de rayons X résolue dans le temps, une technique qui leur a permis de découvrir des changements dans les matériaux de pérovskite au fil du temps. Les chercheurs peuvent suivre le mouvement des charges électriques dans le matériau et comprendre les informations importantes qui se produisent lorsque la lumière est émise.
« Nous ne pouvons y parvenir que grâce à la puissante impulsion de rayons X unique et à la structure temporelle unique de l’APS », a déclaré Xiaoyi Zhang, chef d’équipe du département des sciences des rayons X d’Argonne. « Nous pouvons suivre les particules chargées dans les minuscules cristaux de pérovskite. s position. »
Dans le test de durabilité, le matériau fonctionne bien sous le rayonnement ultraviolet, la chaleur et le champ électrique sans dégradation ni perte de sa détection de lumière et de son efficacité lumineuse, ce qui est une condition clé pour des applications pratiques telles que les téléviseurs et les détecteurs de rayonnement.