Lyijytön kvanttipistelasi tie turvallisemmalle valaistus- ja näyttötekniikalle

Optoelektronisten teknologioiden nopea kehitys on vauhdittanut kvanttipisteisiin perustuvien valoa emittoivien laitteiden kehitystä, erityisesti sellaisten, jotka käyttävät lyijyhalogenidiperovskiitteja, kuten CsPbBr₃:a.

Näillä materiaaleilla on osoitettu erinomaisia optisia ominaisuuksia, mutta lyijyn myrkyllisyys herättää terveydellisiä ja ekologisia huolenaiheita. Lisäksi todellisissa ympäristöissä nämä kvanttipisteet ovat erittäin herkkiä kosteudelle, hapelle ja lämpötilalle. Lisäksi vikatilat erilaiset muut epätäydellisyydet kiihdyttävät hajoamista.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tehdyt toimet ovat johtaneet lyijyttömien vaihtoehtojen, kuten mangaanipohjaisen perovskiitin CsMnBr₃:n tutkimiseen.

Mutta CsMnBr₃ kärsii kuitenkin alhaisesta luminesenssitehokkuudesta Mn²⁺-ionien spin- ja pariteettikiellettyjen dd-siirtymien vuoksi, mikä rajoittaa sen käytännön hyödyllisyyttä. Lisäksi pitkäaikaisen stabiilisuuden ylläpitäminen laitteisiin integroinnin jälkeen on edelleen merkittävä haaste.

Näiden kvanttipisteiden upottaminen epäorgaanisiin lasimatriiseihin on noussut lupaavaksi tavaksi parantaa stabiilisuutta; korkean luminesenssitehokkuuden ja käyttöiän saavuttaminen on kuitenkin edelleen haaste.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi tässä työssä käytetään lyijyttömiä CsMnBr3 -  kvanttipisteitä ja lisätään Eu3+-ioneja, joilla muodostetaan Mn2+ → Eu3+  -energiansiirtoreitin, mikä vahvistaa säteilyemissiota ja vähentää virheisiin liittyviä häviöitä luminesenssin hyötysuhteen parantamiseksi.

Lisäksi borosilikaattilasikapselointia käytetään eristämään kvanttipisteet vedestä ja hapesta, mikä estää pintareaktioita ja ionien migraatiota ja parantaa siten merkittävästi pitkäaikaista stabiilisuutta.

Tämän seurauksena valittu strategia ei ainoastaan paranna kvanttihyötysuhdetta, vaan myös mahdollistaa näytteen noin 97 %:n emissiointensiteetistä 450 päivän vesisäilytyksen jälkeen, mikä osoittaa tämän synergistisen lähestymistavan toteuttamiskelpoisuuden, jossa yhdistyvät energiansiirron säätely ja lasin suojaus.

Tutkijoiden mukaan työ mahdollistaa skaalautuvien, lyijyttömien, erittäin stabiilien, lasiin integroitujen punaisten kvanttipisteiden valmistuksen, edistäen kestäviä väärentämisenesto-optisia koodeja ja luotettavia puolijohteisia valaistuskomponentteja.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttipisteitä, polymeerejä ja topologiaa

Vähemmän myrkyllisiä kvanttipisteitä

Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja