Los nanocristales de perovskita son prometedores para mejorar una amplia variedad de dispositivos optoelectrónicos, desde láseres hasta diodos emisores de luz LED, pero los problemas con su durabilidad aún limitan el amplio uso comercial del material.
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han demostrado un enfoque novedoso destinado a abordar el problema de durabilidad del material: encerrar la perovskita dentro de un sistema de protección de doble capa de plástico y sílice.
En un estudio publicado el 29 de noviembre en la revista Avances científicos , el equipo de investigación describe un proceso de varios pasos para producir nanocristales de perovskita encerrados que exhiben una fuerte resistencia a la degradación en ambientes húmedos.
"Los nanocristales de perovskita son muy susceptibles a la degradación, particularmente cuando entran en contacto con el agua", dijo Zhiqun Lin, profesor de la Escuela Técnica de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech. "Este sistema de doble capa ofrece dos capas de protección mientraspermitiendo que cada nanocristal siga siendo una unidad distinta y separada, logrando la máxima cantidad de área de superficie y otras características físicas de la perovskita necesarias para optimizar las aplicaciones optoelectrónicas ".
El término perovskita se refiere a la estructura cristalina del material, que generalmente se compone de tres partes: dos cationes de diferentes tamaños y un anión intermedio. Durante décadas, los investigadores han probado la sustitución de varios productos químicos en la estructura para lograr características únicas.En particular, las perovskitas que contienen compuestos de haluro como el bromuro y el yodo pueden actuar como absorbentes y emisores de luz.
Para este estudio, que fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Fundación Nacional de Ciencia, la Agencia de Defensa para la Reducción de Amenazas y el Departamento de Energía, el grupo de Lin trabajó con una de las configuraciones de haluros más comunes, que se formade metilamonio, plomo y bromuro.
Su proceso implica primero formar moléculas de plástico en forma de estrella que podrían servir como "nanoreactores" al cultivar 21 brazos de polímero en una molécula de azúcar simple. Luego, una vez que los precursores químicos para los nanocristales de sílice y perovskita se cargan en la molécula de plástico, varias etapasde reacciones químicas producen el sistema final.
Después de que el plástico en forma de estrella ha desempeñado su papel de nanorreactor, los componentes en forma de estrella permanecen unidos permanentemente, casi como el cabello, a la sílice, que recubre la perovskita. Los pelos luego sirven como la primera capa de protección, repeleragua y evitando que los nanocristales se agrupen. La capa de sílice posterior agrega más protección en caso de que el agua pase por el cabello plástico que repele el agua.
"La síntesis y las aplicaciones de nanocristales de perovskita han sido un campo de investigación en rápida evolución durante los últimos cinco años", dijo Yanjie He, coautor del artículo y ex estudiante de posgrado en Georgia Tech. "Nuestra estrategia, basada en una estrella diseñada con criterio"plástico en forma de nanorreactor, permite un control sin precedentes en la elaboración de nanocristales de perovskita de alta calidad con una arquitectura compleja, que es inaccesible en los enfoques convencionales ".
Para probar el material, los investigadores recubrieron sustratos de vidrio con una película delgada de las perovskitas encapsuladas y realizaron varias pruebas de estrés, incluida la inmersión de toda la muestra en agua desionizada. Al hacer brillar la luz ultravioleta sobre la muestra, descubrieron que las propiedades fotoluminiscentes delas perovskitas nunca disminuyeron durante una prueba de 30 minutos. A modo de comparación, los investigadores también sumergieron perovskitas sin encapsular en agua y observaron cómo su fotoluminiscencia se desvanecía en cuestión de segundos.
Lin dijo que el nuevo método desbloquea la posibilidad de ajustar las características de la superficie del nanocristal de doble capa para mejorar su rendimiento en una mayor gama de aplicaciones. El proceso de fabricación de los nuevos nanocristales de perovskita a partir del plástico en forma de estrella también fue único enque empleó solventes de bajo punto de ebullición con baja toxicidad. La investigación futura puede centrarse en el desarrollo de diferentes sistemas de nanocristales de perovskita, incluidas perovskitas totalmente inorgánicas, perovskitas dobles y perovskitas dopadas.
"Prevemos que este tipo de nanocristales de perovskita resultará muy útil para crear dispositivos optoelectrónicos duraderos para bioimagen, biosensores, sensores fotónicos y detección de radiación, así como LED, láser y centelleadores de próxima generación", dijo Lin ".es porque estos nanocristales de perovskita peludos tienen ventajas únicas, que incluyen una alta tolerancia a defectos, bandas de emisión más estrechas y una alta eficiencia de centelleo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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