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新型钙钛矿纳米晶体具有塑料头发和二氧化硅的铠装

钙钛矿纳米晶体有望改善从激光器到发光二极管(LED)的各种光电器件,但是其耐用性问题仍然限制了该材料的广泛商业用途。

佐治亚理工学院的研究人员展示了一种旨在解决材料耐久性问题的新颖方法:将钙钛矿装入由塑料和二氧化硅制成的双层保护系统中。

新型钙钛矿纳米晶体具有塑料头发和二氧化硅的铠装

在11月29日发表在《科学进展》杂志上的一项研究中,研究团队描述了一种多步法生产包裹的钙钛矿纳米晶体的方法,该晶体在潮湿环境中表现出较强的抗降解能力。

佐治亚理工学院材料科学与工程学院教授林志群说:“钙钛矿纳米晶体非常容易降解,特别是当它们与水接触时。“这种双壳系统提供了两层保护,同时允许每个纳米晶体保留一个独特的独立单元,从而实现了优化光电应用所需的钙钛矿的最大表面积和其他物理特性。”

钙钛矿一词是指材料的晶体结构,通常由三部分组成:两个大小不同的阳离子和一个介于两者之间的阴离子。几十年来,研究人员已经测试了将各种化学物质替代到结构中以实现独特的特性。特别地,包含诸如溴化物和碘的卤化物的钙钛矿可以用作光吸收剂和发射剂。

在这项由空军科学研究所,美国国家科学基金会,美国国防部减少威胁局和能源部支持的研究中,林的小组研究了一种最常见的卤化物构型,该构型是由甲基铵形成的。 ,铅和溴化物。

他们的过程涉及首先通过在一个简单的糖分子上生长21个聚合物臂来形成星形塑料分子,从而将其用作“纳米反应器”。然后,一旦将二氧化硅和钙钛矿纳米晶体的前体化学物质加载到塑料分子上,化学反应的几个阶段便产生了最终系统。

在星形塑料发挥其作为纳米反应器的作用之后,星形组件仍永久地附着在二氧化硅上,几乎像头发一样,该二氧化硅包裹了钙钛矿。然后,毛发充当第一层保护层,排斥水分并防止纳米晶体结块在一起。如果有水流过拒水的塑料发丝,则随后的二氧化硅层可提供进一步的保护。

“钙钛矿纳米晶体的合成和应用在过去五年中一直是一个快速发展的研究领域,”该论文的合著者,乔治亚理工学院的前研究生贺彦杰说。“我们的策略基于经过精心设计的星形塑料作为纳米反应器,可以对具有复杂结构的高质量钙钛矿纳米晶体的制造进行前所未有的控制,这是传统方法无法实现的。”

为了测试这种材料,研究人员在玻璃基板上涂覆了一层封装的钙钛矿薄膜,并进行了一些应力测试,包括将整个样品浸入去离子水中。通过将紫外线照射到样品上,他们发现钙钛矿的光致发光性能在30分钟的测试过程中从未减弱。为了进行比较,研究人员还将未封装的钙钛矿浸入水中,观察其光致发光在几秒钟内消失。

林说,新方法释放了调整双壳纳米晶体表面特性以增强其在更大范围应用中的性能的可能性。从星形塑料制造新的钙钛矿纳米晶体的过程也是独特的,因为它使用了低毒性的低沸点溶剂。未来的研究可能集中在开发不同的钙钛矿纳米晶体系统,包括全无机钙钛矿,双钙钛矿和掺杂钙钛矿。

Lin说:“我们认为这种钙钛矿纳米晶体将非常有用,可用于制造用于生物成像,生物传感器,光子传感器和辐射检测以及下一代LED,激光器和闪烁体的耐用光电设备。” “这是因为这些毛状钙钛矿纳米晶体具有独特的优势,包括高缺陷耐受性,较窄的发射带和高闪烁效率。”

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