Новые сверхпрочные нанокристаллы перовскита

Нанокристаллы перовскита обещают усовершенствовать самые разнообразные оптоэлектронные устройства - от лазеров до светодиодов - но проблемы с их долговечностью по-прежнему ограничивают широкое коммерческое использование материала.

Исследователи из Технологического института Джорджии продемонстрировали новый подход, направленный на решение проблемы долговечности материала: заключить перовскит в двухслойную защитную систему из пластика и диоксида кремния.

Защита для перовскита

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, исследовательская группа описывает многоэтапный процесс получения, заключенных в оболочку, нанокристаллов перовскита, которые проявляют сильную устойчивость к деградации в условиях влажной среды.

«Нанокристаллы перовскита очень чувствительны к деградации, особенно когда они вступают в контакт с водой», - сказал Жицин Лин, профессор Технологической школы материаловедения и инженерии в Джорджии. «Эта система с двумя оболочками предлагает два уровня защиты, позволяя каждому нанокристаллу оставаться отдельным элементом, достигая максимальной площади поверхности и других физических характеристик перовскита, необходимых для оптимизации оптоэлектронных приложений».

Термин перовскит относится к кристаллической структуре материала, которая обычно состоит из трех частей: двух катионов разных размеров и аниона между ними. В течение десятилетий исследователи тестировали замену различных химикатов в структуре для достижения уникальных характеристик. В частности, перовскиты, содержащие галогенидные соединения, такие как бромид и йод, могут действовать как поглотители и излучатели света.

В этом исследовании, которое было поддержано Управлением научных исследований ВВС, Национальным научным фондом, Агентством по уменьшению угрозы обороны и Министерством энергетики, группа Лин работала с одной из наиболее распространенных галогенидных конфигураций, которая образуется из метиламмония, свинца и бромида.

Процесс включает в себя сначала формирование звездчатых пластиковых молекул, которые могли бы служить «нанореакторами», выращивая 21 полимерное плечо на простой молекуле сахара. Затем, как только химические вещества-прекурсоры для нанокристаллов диоксида кремния и перовскита загружаются в пластиковую молекулу, многостадийная химическая реакция окончательно формирует систему.

После того как звездообразный пластик сыграл свою роль в качестве нанореактора, этот компонент остаются постоянно прикрепленным к кремнезему, который заключает в себе перовскит, почти как волосы. Эти волоски служат первым слоем защиты, отталкивая воду и предотвращая слипание нанокристаллов. Последующий слой кремнезема обеспечивает дополнительную защиту в случае попадания воды через водоотталкивающие пластмассовые волосы.

«Синтез и применение нанокристаллов перовскита были быстро развивающейся областью исследований в течение последних пяти лет», - сказал Янцзе Хе, соавтор статьи и аспирант Технологического института Джорджии. «Наша стратегия, основанная на разумно спроектированном звездообразном пластике в качестве нанореактора, обеспечивает беспрецедентный контроль при изготовлении высококачественных нанокристаллов перовскита со сложной архитектурой, что недоступно в традиционных подходах».

Чтобы проверить материал, исследователи покрыли стеклянные подложки тонкой пленкой инкапсулированных перовскитов и провели несколько стресс-тестов, включая погружение всего образца в деионизированную воду. Освещая образец ультрафиолетовым светом, они обнаружили, что фотолюминесцентные свойства перовскитов  не снижались в течение 30-минутного теста. Для сравнения, исследователи также погружали некапсулированные перовскиты в воду и наблюдали, как их фотолюминесценция исчезла в считанные секунды.
Лин сказал, что новый метод открывает возможность настройки характеристик поверхности нанокристалла с двойной оболочкой для повышения его производительности в более широком диапазоне применений.

Процесс изготовления новых нанокристаллов перовскита из звездообразного пластика также уникален тем, что в нем используются растворители с низкой температурой кипения и низкой токсичностью. Будущие исследования могут быть сосредоточены на разработке различных нанокристаллических перовскитовых систем, в том числе неорганических перовскитов, двойных перовскитов и легированных перовскитов.

«Мы предполагаем, что этот тип нанокристаллов перовскита окажется очень полезным для создания долговечных оптоэлектронных устройств для биовизуализации, биосенсоров, фотонных датчиков и обнаружения излучения, а также светодиодов, лазеров и сцинтилляторов следующего поколения», - сказал Лин. «Это связано с тем, что эти волосистые нанокристаллы перовскита обладают уникальными преимуществами, включая высокую устойчивость к дефектам, более узкие полосы излучения и высокую эффективность сцинтилляции».опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet