Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben een nieuw fotoluminescerend materiaal ontworpen dat goedkoop te fabriceren is. gebruikt geen giftige grondstoffen, en is zeer stabiel, het verbeteren van het begrip van de kwantitatieve aard van fotoluminescentie.

Door het genereren van licht te begrijpen en te beheersen, kunnen onderzoekers allerlei optische en elektronische apparaten bouwen en verbeteren. Quantum dots (QD's), speciaal op maat gemaakte nanodeeltjes die licht uitstralen op bepaalde frequenties wanneer ze worden opgewonden, zijn een van de centrale thema's van nanotechnologie. Echter, hun toepassingen zijn beperkt - het is moeilijk om QD-dunne films te fabriceren, ze gebruiken giftige uitgangsmaterialen zoals cadmium en lood, en het synthetiseren ervan is duur. Sommige fotoluminescente nuldimensionale (0D) materialen (d.w.z. materialen waarin elektronen beperkt zijn tot enkele nanometers en kunnen worden geëxciteerd om licht te produceren) zijn getest, maar ze waren nog steeds sterk afhankelijk van lood. Dus, wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology, onder leiding van prof. Hideo Hosono, ontwierp een loodvrij, fotoluminescent 0-D materiaal en analyseerde het om inzicht te krijgen in de aard van fotoluminescente materialen.

Het gefabriceerde materiaal, Cs ₃ Cu ₂ l ₅ , heeft een kristallijne structuur, zoals weergegeven in figuur 1. De cesiumatomen beperken de [Cu ₂ l ₅ ]3 eenheden, die blauw licht uitzenden wanneer ze worden geëxciteerd op specifieke frequenties die vergelijkbaar zijn met QD's. Met dit materiaal konden de onderzoekers een dunne film maken, die zeer stabiel bleek te zijn en uitstekende fotoluminescerende eigenschappen had. "De dunne film vertoonde een goede stabiliteit onder omgevingsomstandigheden, dat is, geen merkbare degradatie in fotoluminescente kwantumopbrengst (PLQY) gedurende twee maanden, ", stelt Hosono.

Het team ging nog een stap verder en demonstreerde twee toepassingen met dit materiaal. De eerste was een witte lichtgevende film, vervaardigd door het blauw-emitterende materiaal te mengen met een gele fosfor in een specifieke verhouding om wit licht te produceren. Zoals weergegeven in figuur 2, films die licht van verschillende kleuren uitstralen, kunnen worden bereid door de verhouding van de gebruikte ingrediënten te variëren. De tweede toepassing was een blauwe LED, die helaas slechte elektroluminescentie (EL) prestaties vertoonden. Echter, hierdoor kon het team de onderliggende EL-mechanismen beter begrijpen, wat van pas zal komen bij toekomstig onderzoek. "De verkenning van laagdimensionale verbindingen op basis van een Cu (I) -halogenide bleek een nieuwe route te zijn om een ​​Pb-vrij hoog-PLQY-luminescerend materiaal te verkrijgen, " concludeert Hosono. Dergelijke materialen zullen hopelijk het daglicht zien in toekomstige optische en nanotechnologische toepassingen.