近期，美國能源部(DOE)位于伊利諾伊州萊蒙特的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory)領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)重要的LED材料開發(fā)。

改實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)的研究人員稱：“LED運(yùn)行效率高，散發(fā)熱量少，持續(xù)時(shí)間長�！薄翱茖W(xué)家們正在研究新材料，以使LED更高效、壽命更長，并應(yīng)用于消費(fèi)電子、醫(yī)藥和安全領(lǐng)域�！�

來自布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室、洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室和SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員和合作伙伴報(bào)告稱，他們已經(jīng)為這種LED制備了穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶體。

《自然·光子學(xué)》雜志發(fā)表了一篇論文，描述了該小組的工作�！拔覀兊难芯勘砻鳎�這種方法使我們能夠大幅提高發(fā)光納米晶體的亮度和穩(wěn)定性。”阿貢納米材料中心的科學(xué)家Xuedan Ma評論道。

鈣鈦礦納米晶體，是一種新型LED材料的主要候選材料。但相當(dāng)長一段時(shí)間以來，它在測試中被證明是不穩(wěn)定的。

研究小組將納米晶體穩(wěn)定在多孔結(jié)構(gòu)中，這種多孔結(jié)構(gòu)被稱為金屬有機(jī)框架(MOF)。

基于地球上豐富的材料，并在室溫下制造，這些LED有一天可能會(huì)使成本更低的電視和消費(fèi)電子產(chǎn)品，以及更好的伽馬射線成像設(shè)備，甚至是用于醫(yī)學(xué)、安全掃描和科學(xué)研究的自供電X射線探測器。

“我們通過將鈣鈦礦材料封裝在MOF結(jié)構(gòu)中，來解決其穩(wěn)定性問題，”美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室Argonne納米材料中心(CNM)的科學(xué)家表示。“我們的研究表明，這種方法能夠幫助大幅提高發(fā)光納米晶體的亮度和穩(wěn)定性。”

“在MOF中結(jié)合鈣鈦礦納米晶體的操作概念，已經(jīng)以粉末形式被證明，但這是我們第一次成功地將其集成為LED的發(fā)射層�！�

之前試圖制造納米晶體LED的嘗試，被納米晶體降解回不需要的體積相所阻礙，失去了納米晶體的優(yōu)勢，并削弱了它們作為實(shí)用LED的潛力。

大塊物質(zhì)通常由數(shù)十億個(gè)原子組成。像鈣鈦礦這樣的材料，在納米階段是由幾個(gè)到幾千個(gè)原子組成的，因此表現(xiàn)不同。

在他們的新方法中，研究小組通過在MOF的矩陣中制造納米晶體來穩(wěn)定納米晶體，他們將MOF描述為“就像網(wǎng)球被鐵絲網(wǎng)夾住”。他們使用框架中的鉛節(jié)點(diǎn)作為金屬前體，鹵化物鹽作為有機(jī)材料。

鹵化物鹽的溶液中，含有甲基溴化銨——它與框架中的鉛反應(yīng)，在基體中的鉛核周圍組裝納米晶體。

基質(zhì)使納米晶體保持分離，因此它們不會(huì)相互作用和降解。這種方法是基于一種解決方案涂層的方法，比目前廣泛使用的用于制造無機(jī)LED的真空處理要便宜得多。

MOF穩(wěn)定的LED，可以產(chǎn)生出明亮的紅色、藍(lán)色和綠色光，以及每種光的不同色調(diào)。

洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室綜合納米技術(shù)中心的科學(xué)家wani Nie說:“在這項(xiàng)工作中，我們首次證明了在MOF中穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶體，將創(chuàng)造出各種顏色的明亮、穩(wěn)定的LED�！薄拔覀兛梢詣�(chuàng)造不同的顏色，提高顏色純度，提高光致發(fā)光量子產(chǎn)量，這是一種衡量材料發(fā)光能力的指標(biāo)�！�

該研究小組使用先進(jìn)光子源(APS)進(jìn)行時(shí)間分辨X射線吸收光譜分析，這項(xiàng)技術(shù)使他們能夠發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦材料隨時(shí)間發(fā)生的變化。研究人員能夠跟蹤電荷在材料中移動(dòng)的過程，并了解光發(fā)射時(shí)發(fā)生的重要信息。