پژوهشگران با استفاده از چارچوب‌های آلی فلزی و محافظت نانوبلورهای پروسکیت درون این چارچوب‌ها موفق به برداشتن گام مهمی در مسیر ساخت LEDهای کارآمدتر شدند.
دیودهای ساطع‌کننده نور (LED) ستارگان صنعت روشنایی هستند. آن‌ها به‌طور کارآمد کار می‌کنند، گرمای کمی تولید کرده و برای مدت طولانی دوام دارند. در حال حاضر، دانشمندان به دنبال مواد جدید برای ساخت LEDهای کارآمدتر و با طول عمر بیشتر با کاربرد در لوازم الکترونیکی مصرفی، پزشکی و امنیت هستند.
محققان آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی آمریکا (DOE)، آزمایشگاه ملی بروکهاون، آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و آزمایشگاه شتاب‌دهنده ملی SLAC اعلام کردند که آن‌ها نانوبلورهای پروسکیت پایدار را برای چنین LEDهایی آماده کرده‌اند.
زودان ما از محققان مرکز آروگن می‌گوید: «مطالعات نشان داد که این رویکرد به ما اجازه می‌دهد تا روشنایی و ثبات نانوبلورهای ساطع‌کننده نور را به میزان قابل توجهی افزایش دهیم.»
پروسکیت‌ها دسته‌ای از مواد هستند که دارای ساختار بلوری خاصی بوده و به آن‌ها ویژگی جذب و تابش نور می‌دهد. آن‌ها در طیف وسیعی از کاربردهای کم مصرف از جمله سلول‌های خورشیدی و انواع آشکارسازها قابل استفاده هستند.
نانوبلورهای پروسکیت گزینه اصلی به‌عنوان ماده اولیه ساخت LED بوده اما در آزمایش ناپایدار بوده‌اند. این تیم تحقیقاتی، نانوبلورها را در یک ساختار متخلخل به نام چارچوب فلزی-آلی موسوم بهMOF تثبیت کردند. با استفاده از این ساختارها، LEDها می‌توانند در آینده نزدیک در تلویزیون‌های کم هزینه و لوازم الکترونیکی مصرفی و همچنین دستگاه‌های تصویربرداری با اشعه گامای بهتر و حتی آشکارسازهای اشعه ایکس خودکار با کاربرد در پزشکی، اسکن امنیتی به کار گرفته شوند.
زودان ما می‌گوید: «ما به مسئله پایداری مواد پروسکایت با قرار دادن آن‌ها در ساختار MOF پرداختیم. مطالعات ما نشان داد که این رویکرد به ما اجازه می‌دهد تا روشنایی و ثبات نانوبلورهای ساطع‌کننده نور را به میزان قابل توجهی افزایش دهیم.»
ترکیب نانوبلور پروسکایت در MOF به شکل پودر پیش از این نیز انجام شده بود، اما این اولین بار است که محققان از آن به‌عنوان یک لایه در LED استفاده می‌کنند.
تلاش‌های قبلی برای ایجاد LEDهای نانوبلوری موفقیت‌آمیز نبود، چرا که در نهایت مزایای نانوبلوری از دست می‌رفت و پتانسیل آن‌ها به‌عنوان LEDهای عملی به مرحله ظهور نمی‌رسید. موادی مانند پروسکیت‌ها در سطح نانو از گروه‌هایی از چند هزار اتم ساخته شده‌اند، بنابراین رفتار متفاوتی دارند.
در این رویکرد جدید، محققان نانوبلورها را با قرار دادن در ماتریس MOF، مانند توپ‌های تنیس که در حصاری گیر کرده‌اند، تثبیت کرد.
LEDهای تثبیت شده با MOF را می‌توان برای ایجاد نور قرمز روشن، آبی و سبز استفاده کرد. تیم تحقیقاتی این پروژه از منبع فوتونی پیشرفته (APS) برای انجام طیف‌سنجی جذب اشعه ایکس با زمان استفاده کرد، روشی که به آن‌ها امکان می‌دهد تغییرات مواد پروسکیت را در طول زمان تشخیص دهند.