科学家开发新方法，可大幅提高LED发光纳米晶体的亮度和稳定性

近期，美国能源部(DOE)位于伊利诺伊州莱蒙特的阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)领导了一项重要的LED材料开发。

改实验室团队的研究人员称：“LED运行效率高，散发热量少，持续时间长。”“科学家们正在研究新材料，以使LED更高效、寿命更长，并应用于消费电子、医药和安全领域。”

来自布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室和SLAC国家加速器实验室的研究人员和合作伙伴报告称，他们已经为这种LED制备了稳定的钙钛矿纳米晶体。

《自然·光子学》杂志发表了一篇论文，描述了该小组的工作。“我们的研究表明，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。”阿贡纳米材料中心的科学家Xuedan Ma评论道。

钙钛矿纳米晶体，是一种新型LED材料的主要候选材料。但相当长一段时间以来，它在测试中被证明是不稳定的。

研究小组将纳米晶体稳定在多孔结构中，这种多孔结构被称为金属有机框架(MOF)。

基于地球上丰富的材料，并在室温下制造，这些LED有一天可能会使成本更低的电视和消费电子产品，以及更好的伽马射线成像设备，甚至是用于医学、安全扫描和科学研究的自供电X射线探测器。

“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，”美国能源部科学用户设施办公室Argonne纳米材料中心(CNM)的科学家表示。“我们的研究表明，这种方法能够帮助大幅提高发光纳米晶体的亮度和稳定性。”

“在MOF中结合钙钛矿纳米晶体的操作概念，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。”

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。

大块物质通常由数十亿个原子组成。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。

在他们的新方法中，研究小组通过在MOF的矩阵中制造纳米晶体来稳定纳米晶体，他们将MOF描述为“就像网球被铁丝网夹住”。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，因此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。

MOF稳定的LED，可以产生出明亮的红色、蓝色和绿色光，以及每种光的不同色调。

洛斯阿拉莫斯国家实验室综合纳米技术中心的科学家wani Nie说:“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。”“我们可以创造不同的颜色，提高颜色纯度，提高光致发光量子产量，这是一种衡量材料发光能力的指标。”

该研究小组使用先进光子源(APS)进行时间分辨X射线吸收光谱分析，这项技术使他们能够发现钙钛矿材料随时间发生的变化。研究人员能够跟踪电荷在材料中移动的过程，并了解光发射时发生的重要信息。