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CINNO Research产业资讯，近日，美国能源部 (DoE) 阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、SLAC 国家加速器实验室和中国台湾地区中央研究院的研究人员报告了一种LED用稳定钙钛矿纳米晶体的制作方法。
图1. 利用嵌入金属-有机框架中钙钛矿纳米晶体（绿色）制成的发光二极管
据外媒报Perovskite-info报道，迄今为止，钙钛矿纳米晶体的不稳定性一直是这种材料用于LED发光器件等应用的主要问题。不过最近，该研究小组成功将这种纳米晶体稳定在一种称为金属-有机框架或简称MOF的多孔结构中。基于这种结构制作出的LED仅使用一些储备极其丰富的材料和容易达成的室温条件，在未来有希望用于低成本的电视和消费电子产品，以及一些性能非常好的伽马射线成像设备。
“我们通过将钙钛矿材料稳定在MOF结构中，彻底解决了传统设计中这一类材料的稳定性问题，”美国能源部科学用户设施办公室纳米材料中心 (CNM) 的科学家Xuedan Ma说道，“我们的研究表明，这种方法可以显著提高这种发光纳米晶体的亮度和稳定性。”
洛斯阿拉莫斯大学前 JR Oppenheimer 博士后研究员 Hsinhan Tsai 补充说：“这之前，业界曾展示过基于将钙钛矿纳米晶体固定在MOF结构概念制作的粉末材料，不过这次，我们第一次成功将其集成为LED的发光层。”
之前所有制作纳米晶体LED的尝试都因纳米晶体退化回不想看到的体相状态而以失败告终，也正是这一原因，纳米晶体用于实用LED变得不可能。这种体相的大块材料由数十亿个原子组成，而处于纳米相的钙钛矿等材料则仅由几个到几千个原子组成，因此其表现出非常大的不同。
在该研究小组提出的新方法中，他们在MOF矩阵结构内制造钙钛矿纳米晶体以稳定这种发光材料的发光性能，实际看起来好像纳米晶体被“铁丝网”裹住。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。这里卤化物盐溶液含有甲基溴化铵，它与骨架中的铅反应，并阵列内的铅核周围组装成纳米晶体。这种阵列结构可以让纳米晶体保持分离，因此它们不会相互作用和降解。这种方案使用溶液涂布的方法，成本上远低于当前广泛用于无机LED的真空处理方法。
“在这项工作中，我们首次证明了在MOF中制作稳定的钙钛矿纳米晶体，进而形成稳定LED的方案，”洛斯阿拉莫斯国家实验室集成纳米技术中心的科学家Wanyi Nie说，“我们可以借助这种方案制作出不同颜色的LED，并提高颜色纯度、增加光致发光量子产率，这些都是衡量钙钛矿材料发光性能的指标。”
该研究团队使用位于阿贡的DoE科学用户设施办公室的高级光子源 (APS)进行时间分辨的X 射线吸收光谱测量，这种技术能够让他们了解钙钛矿材料随时间的变化规律。据此，研究人员能够在电荷穿过材料时跟踪电荷，并了解发光时伴随产生的重要信息。
“我们只能通过APS强大的单一X射线脉冲和独特的计时结构来做到这一点，”阿贡X射线科学部的组长Xiaoyi Zhang说道，“我们可以借助这种技术追踪带电粒子位于微小钙钛矿晶体内的位置。” 在耐久性测试中，该材料在紫外线辐射、热和电场下表现良好，发光效率没有出现明显降低，这是电视和辐射探测器等实际应用的关键要求。
