ตามรายงานของสื่อต่างประเทศ ไดโอดเปล่งแสง (LED) เป็นวีรบุรุษของอุตสาหกรรมแสงสว่าง ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปล่อยความร้อนน้อยลง และใช้งานได้ยาวนาน ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาวัสดุใหม่ที่จะทำให้การใช้งาน LED ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ยา และความปลอดภัยมีประสิทธิภาพและอายุยืนยาวขึ้น
นักวิจัยจาก Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Los Alamos National Laboratory และ SLAC National Accelerator Laboratory รายงานว่าพวกเขาได้เตรียมแคลเซียมที่เสถียรสำหรับแร่นาโนคริสตัล LED ไททาเนียมชนิดนี้ สถาบันวิจัยจากไต้หวัน ประเทศจีน ก็มีส่วนในการวิจัยเช่นกัน
Perovskite เป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่มีโครงสร้างผลึกพิเศษ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะของการดูดกลืนแสงและการเรืองแสง และมีประโยชน์มากในการใช้งานแบบประหยัดพลังงาน ซึ่งรวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์และเครื่องตรวจจับต่างๆ
แม้ว่า nanocrystals ของ perovskite เป็นตัวเลือกหลักสำหรับวัสดุ LED ชนิดใหม่ แต่ก็พิสูจน์แล้วว่าไม่เสถียรในการทดสอบ ทีมวิจัยทำให้นาโนคริสตัลมีเสถียรภาพในโครงสร้างที่มีรูพรุนที่เรียกว่ากรอบโลหะอินทรีย์หรือ MOF สั้น ๆ ขึ้นอยู่กับวัสดุที่มีอยู่มากมายบนโลกและผลิตที่อุณหภูมิห้อง วันหนึ่ง LED เหล่านี้อาจเปิดใช้งานทีวีราคาถูกและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ตลอดจนอุปกรณ์ภาพรังสีแกมมาที่ดีขึ้น และแม้แต่การป้องกันตัวเองสำหรับการแพทย์ การสแกนความปลอดภัย และ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์กำลัง
& quot;เราแก้ไขปัญหาความเสถียรโดยการห่อหุ้มวัสดุ perovskite ในโครงสร้าง MOF" Xuedan Ma นักวิทยาศาสตร์จาก Center for Nanomaterials (CNM) ใน Argonne สำนักงานอำนวยความสะดวกสำหรับผู้ใช้ DOE กล่าว"การวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าวิธีนี้ช่วยให้เราสามารถปรับปรุงความสว่างและความเสถียรของนาโนคริสตัลเรืองแสงได้อย่างมาก"
Hsinhan Tsai อดีตนักศึกษาปริญญาเอกของ JR Oppenheimer ที่มหาวิทยาลัย Los Alamos ในสหรัฐอเมริกา กล่าวเสริมว่า: "แนวคิดที่น่าสนใจของการรวมผลึกนาโนเพอร์รอฟสไคต์ในกระทรวงการคลังได้รับการพิสูจน์แล้วในรูปแบบผง แต่นี่เป็นครั้งแรกที่เราประสบความสำเร็จในการผสานรวมเข้ากับ ชั้นเปล่งแสงของ LED ."
ความพยายามครั้งก่อนในการผลิต LED nanocrystalline ถูกขัดขวางโดยการสลายตัวของ nanocrystals กลับไปเป็นเฟสปริมาตรที่ไม่ต้องการ ซึ่งทำให้สูญเสียข้อได้เปรียบของ nanocrystals และทำให้ศักยภาพของพวกเขาลดลงในฐานะ LED ที่ใช้งานได้จริง มวลสารประกอบด้วยอะตอมหลายพันล้านอะตอม วัสดุอย่าง perovskites ประกอบด้วยอะตอมไม่กี่พันอะตอมในระยะนาโนเมตร ดังนั้นจึงมีพฤติกรรมแตกต่างกัน
ในวิธีการใหม่นี้ ทีมวิจัยได้ทำให้นาโนคริสตัลมีเสถียรภาพโดยการประดิษฐ์พวกมันในเมทริกซ์ของกระทรวงการคลัง เช่นเดียวกับลูกเทนนิสที่ยึดด้วยรั้วลวดหนาม พวกเขาใช้โหนดตะกั่วในเฟรมเวิร์กเป็นสารตั้งต้นของโลหะและเกลือเฮไลด์เป็นวัสดุอินทรีย์ สารละลายเกลือเฮไลด์ประกอบด้วยเมทิลแอมโมเนียมโบรไมด์ซึ่งทำปฏิกิริยากับตะกั่วในเฟรมเวิร์กและประกอบเป็นผลึกนาโนรอบแกนตะกั่วในเมทริกซ์ เนื่องจากเมทริกซ์แยกนาโนคริสตัลออกจากกัน พวกมันจะไม่เกิดปฏิกิริยาและสลายตัว วิธีนี้ใช้วิธีการเคลือบสารละลาย ซึ่งมีราคาถูกกว่ากระบวนการสุญญากาศที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการผลิต LED แบบอนินทรีย์
ไฟ LED ที่เสถียรของ MOF สามารถผลิตแสงสีแดง น้ำเงิน และเขียว และเฉดสีที่แตกต่างกันของแสงแต่ละดวง
Wanyi Nie นักวิทยาศาสตร์จาก Center for Integrated Nanotechnology ที่ Los Alamos National Laboratory กล่าวว่า"ในงานนี้ เราได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่า nanocrystals perovskite ที่มีความเสถียรใน MOF จะสร้าง LED ที่สว่างและเสถียรของ สีต่างๆ . เราสามารถสร้างสีต่างๆ ปรับปรุงความบริสุทธิ์ของสี และเพิ่มผลผลิตควอนตัม photoluminescence ซึ่งเป็นการวัดความสามารถในการส่องสว่างของวัสดุ"
ทีมวิจัยได้ใช้ Advanced Photon Source (APS)-DOE's Office of Scientific User Facilities ใน Argonne เพื่อดำเนินการ X-ray absorption spectroscopy ที่แก้ไขเวลา ซึ่งเป็นเทคนิคที่ทำให้พวกเขาค้นพบการเปลี่ยนแปลงในวัสดุ perovskite ล่วงเวลา. นักวิจัยสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในวัสดุและทำความเข้าใจข้อมูลสำคัญที่เกิดขึ้นเมื่อแสงถูกปล่อยออกมา
& quot;เราสามารถบรรลุสิ่งนี้ได้ผ่านพัลส์เอ็กซ์เรย์เดี่ยวอันทรงพลังและโครงสร้างเวลาที่เป็นเอกลักษณ์ของ APS," Xiaoyi Zhang หัวหน้าทีมแผนก X-ray Science แห่ง Argonne กล่าว"เราสามารถติดตามอนุภาคที่มีประจุในผลึก perovskite ขนาดเล็กได้ ตำแหน่ง"
ในการทดสอบความทนทาน วัสดุทำงานได้ดีภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลต ความร้อน และสนามไฟฟ้าโดยไม่เสื่อมสภาพและสูญเสียการตรวจจับแสงและประสิทธิภาพการส่องสว่าง ซึ่งเป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการใช้งานจริง เช่น โทรทัศน์และเครื่องตรวจจับรังสี
