La struttura cristallina del materiale proposto. I punti verdi rappresentano gli atomi di cesio, e i corpi blu corrispondono al [Cu 2 io 5 ] 3 unità che sono confinate tra loro. Gli atomi di cesio più il [Cu 2 io 5 ] 3 le unità possono essere considerate strutture core-shell, che migliorano le proprietà fotoluminescenti del materiale. Credito:materiali avanzati
Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology hanno progettato un nuovo materiale fotoluminescente che è economico da fabbricare, non utilizza materiali di partenza tossici, ed è molto stabile, migliorare la comprensione della natura quantica della fotoluminescenza.
Comprendere e padroneggiare la generazione della luce potrebbe consentire ai ricercatori di costruire e migliorare tutti i tipi di dispositivi ottici ed elettronici. Punti quantici (QD), nanoparticelle appositamente adattate che emettono luce a determinate frequenze quando eccitate, sono uno dei temi centrali della nanotecnologia. Però, le loro applicazioni sono limitate:è difficile fabbricare film sottili QD, usano materiali di partenza tossici come cadmio e piombo, e sintetizzarli è costoso. Sono stati testati alcuni materiali fotoluminescenti a dimensione zero (0D) (cioè materiali in cui gli elettroni sono confinati a pochi nanometri e possono essere eccitati per produrre luce), ma facevano ancora molto affidamento sul piombo. Così, scienziati del Tokyo Institute of Technology, guidato dal Prof. Hideo Hosono, progettato un senza piombo, materiale fotoluminescente 0-D e lo ha analizzato per ottenere informazioni sulla natura dei materiali fotoluminescenti.
Il materiale fabbricato, Cs 3 Cu 2 io 5 , ha una struttura cristallina, come mostrato in Figura 1. Gli atomi di cesio confinano il [Cu 2 io 5 ]3 unità, che emettono luce blu quando eccitati a frequenze specifiche simili ai QD. I ricercatori sono stati in grado di fabbricare un film sottile utilizzando questo materiale, che si è rivelato molto stabile ed aveva ottime caratteristiche di fotoluminescenza. "Il film sottile ha mostrato una buona stabilità in condizioni ambientali, questo è, nessun degrado evidente nella resa quantica fotoluminescente (PLQY) in due mesi, " afferma Hosono.
Il team è andato oltre e ha dimostrato due applicazioni utilizzando questo materiale. La prima era una pellicola bianca luminescente, fabbricato mescolando il materiale che emette blu con un fosforo giallo in un rapporto specifico per produrre luce bianca. Come mostrato in Figura 2, si possono preparare pellicole che emettono luce di vari colori variando il rapporto degli ingredienti utilizzati. La seconda applicazione era un LED blu, che sfortunatamente ha mostrato scarse prestazioni di elettroluminescenza (EL). Però, questo ha permesso al team di comprendere meglio i meccanismi EL sottostanti, che sarà utile nelle ricerche future. "L'esplorazione di composti a bassa dimensionalità basati su un alogenuro di Cu(I) si è rivelata una nuova via per ottenere un materiale luminescente ad alto PLQY privo di Pb, " conclude Hosono. Si spera che tali materiali vedranno la luce nelle future applicazioni ottiche e nanotecnologiche.
(a) Mescolando il materiale proposto con un fosforo giallo, è stata realizzata una pellicola fotoluminescente bianca, dimostrando una delle potenziali applicazioni di questo nuovo materiale. (b) Il colore della pellicola fotoluminescente prodotta può essere modificato regolando il rapporto tra il materiale proposto e il fosforo giallo utilizzato. Credito:materiali avanzati
