新兴纳米材料,打造高效LED

文|陈根

发光二极管(Light Emitting Diode,LED )具有散发热量少、运行效率高、使用寿命长等优点,近10年逐渐成为照明领域较为主要的光源器件。但LED也有它的局限性,比如在一定程度上,增加LED的电量会使其发光更加明亮,但很快亮度就会降低,使得LED的效率非常低。

这种被业界称为“效率下降”的问题,阻碍了LED在从通信技术到杀毒等许多有前景领域的应用。所以一直以来,科学家们也在寻找新材料来制造更高效、寿命更长的LED,并希望其可以应用于更多的领域。

近日,LED新材料的寻找取得了新进展——美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室等的研究人员制备出一种稳定的钙钛矿纳米晶体LED。

钙钛矿是一类具有特定晶体结构的材料,吸光性和发光性良好,可用于一系列节能应用,比如太阳能电池和各种探测器。但在新型LED材料测试中,其显示的稳定性较差。于是,研究小组将纳米晶体稳定在一种称为金属有机框架(简称MOF)的多孔结构中。

在MOF中结合钙钛矿纳米晶体的尝试曾经以粉末形式展示过,但这是第一次成功将其集成到LED。新方法中,研究团队通过在MOF 矩阵内制造纳米晶体来稳定纳米晶体,就像用铁丝网围住网球一样。他们使用框架中的铅节点作为金属前体,使用卤化物盐作为有机材料。

卤化物盐溶液含有甲基溴化铵,它可以与骨架中的铅反应,以此产生的基质会使纳米晶体保持分离,防止纳米晶体相互作用和降解。这种方法基于溶液涂层方法,远低于用于制造当今广泛使用的无机LED 的真空处理方法。

此外,MOF稳定LED 可以制造为产生明亮的红色、蓝色和绿色光,以及每种颜色的不同色调,首次证明了在MOF 中稳定的钙钛矿纳米晶体将产生一系列颜色明亮、稳定的LED。

在紫外线辐射、高热和电场等耐久性测试中,该材料均可高效作业,没有降低和失去其光检测和发光效率,这是电视和辐射探测器等实际应用的关键条件。未来,期待该发现能最大限度有益于人们的生产、生活。

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