鈣鈦礦納米晶體是發(fā)光二極管（LED）的特殊候選材料。然而，它們?cè)诠腆w薄膜中不穩(wěn)定，這破壞了它們作為LED的潛力。
在這里，美國洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室等單位的研究人員證明了穩(wěn)定在金屬-有機(jī)框架（MOF）薄膜中的鈣鈦礦納米晶體可以制造出明亮和穩(wěn)定的LED。MOF薄膜中的鈣鈦礦納米晶可以在連續(xù)的紫外光照射、熱應(yīng)力和電應(yīng)力下保持光致發(fā)光和電致發(fā)光。光學(xué)和X射線光譜顯示，強(qiáng)發(fā)射源于局域載流子復(fù)合。由鈣鈦礦型MOF納米晶體制成的發(fā)光二極管的最大外量子效率超過15%，超過105?cdm?2的高亮度。在LED工作過程中，通過MOF基質(zhì)的保護(hù)，納米晶體可以得到很好的保護(hù)，沒有離子遷移或晶體合并，可以有50小時(shí)以上的穩(wěn)定性能。相關(guān)論文以題目為“Bright and stable light-emitting diodes made with perovskite nanocrystals stabilized in metal–organic frameworks”于2021年發(fā)表在Nature Photonics期刊上。

金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶體是新興的光發(fā)射器，具有可調(diào)諧的光學(xué)帶隙、改進(jìn)的顏色純度和高光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）。這些特性歸因于納米結(jié)構(gòu)中的限制效應(yīng)、電子-空穴對(duì)結(jié)合能和電荷局部化?？墒褂萌芤悍ㄖ苽浔∧?，這使得鈣鈦礦納米晶體成為發(fā)光二極管（LED）、激光器和輻射閃爍體中應(yīng)用的誘人候選材料。令人印象深刻的是，基于鈣鈦礦納米晶的LED已經(jīng)達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的超過20%的外部量子效率（EQE）值。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定鈣鈦礦納米晶體仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。研究表明，在環(huán)境條件下，CsPbBr 3納米晶可以合并到體相，使發(fā)射特性猝滅十倍。也有人提出，在潮濕環(huán)境中，納米晶體可以在恒定的紫外線（UV）照射下降解回其前驅(qū)體，這是用于顯示器時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵問題。
為了解決這些問題，人們進(jìn)行了大量的努力來設(shè)計(jì)更堅(jiān)固的配體，加入添加劑，并引入交聯(lián)劑來保護(hù)納米晶體免受周圍環(huán)境的影響。為了解決這些瓶頸問題，最近一些有趣的概念巧妙地使用了金屬-有機(jī)框架（MOF）作為基質(zhì)，其中含有鈣鈦礦納米晶體。此類系統(tǒng)表現(xiàn)出顯著改善的材料穩(wěn)定性，PLQY值超過50%。MOF的多孔性和鈣鈦礦型納米晶體的光電特性相結(jié)合，使得該材料在光電化學(xué)和催化方面具有很高的應(yīng)用前景。然而，這些研究大多集中在使用粉末，鈣鈦礦型MOF（PeMOF）結(jié)構(gòu)從未被用作LED應(yīng)用中的發(fā)射層。這主要是因?yàn)樵诔练e高質(zhì)量二極管所需的均勻薄膜方面存在挑戰(zhàn)。此外，為了實(shí)現(xiàn)有效的電荷注入，必須考慮通過加入大量絕緣組件在導(dǎo)電性方面進(jìn)行權(quán)衡。

圖1 | PEM薄膜的形成和表征。

圖2 | PEMA薄膜的TEM圖像分析。

圖3 | LeD器件性能特征的分析。

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