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  • Armato con capelli di plastica e silice, i nuovi nanocristalli di perovskite mostrano una maggiore durata

    Questa illustrazione mostra come i due strati di plastica e silice lavorano insieme per proteggere il materiale perovskite. Credito:Georgia Tech

    I nanocristalli di perovskite promettono di migliorare un'ampia varietà di dispositivi optoelettronici, dai laser ai diodi a emissione di luce (LED), ma i problemi con la loro durata limitano ancora l'ampio uso commerciale del materiale.

    I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno dimostrato un nuovo approccio volto ad affrontare il problema della durabilità del materiale:racchiudere la perovskite all'interno di un sistema di protezione a doppio strato in plastica e silice.

    In uno studio pubblicato il 29 novembre sulla rivista Progressi scientifici , il team di ricerca descrive un processo in più fasi per produrre nanocristalli di perovskite incapsulati che mostrano una forte resistenza alla degradazione in ambienti umidi.

    "I nanocristalli di perovskite sono altamente suscettibili alla degradazione, soprattutto quando entrano in contatto con l'acqua, " disse Zhiqun Lin, un professore della Georgia Tech School of Materials Science and Engineering. "Questo sistema a doppio guscio offre due strati di protezione pur consentendo a ciascun nanocristallo di rimanere un'unità distinta e separata, raggiungere la quantità massima di superficie e altre caratteristiche fisiche della perovskite necessarie per ottimizzare le applicazioni optoelettroniche".

    Il termine perovskite si riferisce alla struttura cristallina del materiale, che è generalmente composto da tre parti:due cationi di dimensioni diverse e un anione in mezzo. Per decenni, i ricercatori hanno testato la sostituzione di varie sostanze chimiche nella struttura per ottenere caratteristiche uniche. In particolare, le perovskiti contenenti composti alogenuri come bromuro e iodio possono agire come assorbitori ed emettitori di luce.

    Per questo studio, che è stato sostenuto dall'Ufficio per la ricerca scientifica dell'aeronautica, la Fondazione Nazionale della Scienza, l'Agenzia per la riduzione delle minacce alla difesa, e il Dipartimento dell'Energia, Il gruppo di Lin ha lavorato con una delle configurazioni ad alogenuri più comuni, che è formato da metilammonio, guida, e bromuro.

    Il nuovo sistema di protezione può aiutare i LED in perovskite a resistere all'acqua. Credito:Josh Brown

    Il loro processo prevede la prima formazione di molecole di plastica a forma di stella che potrebbero fungere da "nanoreattori" facendo crescere 21 bracci polimerici su una semplice molecola di zucchero. Quindi, una volta che le sostanze chimiche precursori per i nanocristalli di silice e perovskite vengono caricate sulla molecola di plastica, diverse fasi delle reazioni chimiche producono il sistema finale.

    Dopo che la plastica a forma di stella ha svolto il suo ruolo di nanoreattore, i componenti a forma di stella rimangono attaccati in modo permanente, quasi come i capelli, alla silice, che racchiude la perovskite. I peli servono quindi come primo strato di protezione, respingendo l'acqua e impedendo ai nanocristalli di aggregarsi. Il successivo strato di silice aggiunge ulteriore protezione nel caso in cui l'acqua dovesse superare i capelli di plastica idrorepellente.

    "La sintesi e le applicazioni dei nanocristalli di perovskite sono state un campo di ricerca in rapida evoluzione negli ultimi cinque anni, " ha detto Yanjie He, un coautore del documento ed ex studente laureato presso la Georgia Tech. "La nostra strategia, basato su una plastica a forma di stella progettata con giudizio come nanoreattore, consente un controllo senza precedenti nella produzione di nanocristalli di perovskite di alta qualità con un'architettura complessa, che è inaccessibile negli approcci convenzionali."

    Per testare il materiale, i ricercatori hanno rivestito i substrati di vetro con un film sottile delle perovskiti incapsulate e hanno condotto diversi stress test, compresa l'immersione dell'intero campione in acqua deionizzata. Illuminando la luce ultravioletta sul campione, hanno scoperto che le proprietà fotoluminescenti delle perovskiti non sono mai diminuite durante un test di 30 minuti. Per confronto, i ricercatori hanno anche immerso le perovskiti non incapsulate nell'acqua e hanno osservato la loro fotoluminescenza svanire in pochi secondi.

    Zhiqun Lin, un professore della Georgia Tech School of Materials Science and Engineering. Credito:Christopher Moore

    Lin ha affermato che il nuovo metodo sblocca la possibilità di regolare le caratteristiche della superficie del nanocristallo a doppio guscio per migliorarne le prestazioni in una gamma più ampia di applicazioni. Anche il processo di fabbricazione dei nuovi nanocristalli di perovskite dalla plastica a forma di stella è stato unico in quanto ha impiegato solventi a basso punto di ebollizione con bassa tossicità. La ricerca futura potrebbe concentrarsi sullo sviluppo di diversi sistemi di nanocristalli di perovskite, comprese le perovskiti completamente inorganiche, perovskiti doppie, e perovskiti drogate.

    "Prevediamo che questo tipo di nanocristalli di perovskite si dimostrerà molto utile per creare dispositivi optoelettronici durevoli per il bioimaging, biosensori, sensori fotonici, e rilevamento delle radiazioni, oltre a LED di nuova generazione, laser, e scintillatori, " ha detto Lin. "Questo perché questi nanocristalli pelosi di perovskite portano vantaggi unici, compresa un'elevata tolleranza ai difetti, bande di emissione più strette, e ad alta efficienza di scintillazione."


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