Los nanocristales de perovskita son prometedores para mejorar una amplia variedad de dispositivos optoelectrónicos, desde láseres hasta diodos emisores de luz (LED), pero los problemas con su durabilidad aún limitan el amplio uso comercial del material.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han demostrado un enfoque novedoso destinado a abordar el problema de durabilidad del material:encerrar la perovskita dentro de un sistema de protección de doble capa hecho de plástico y sílice.

En un estudio publicado el 29 de noviembre en la revista Avances de la ciencia , El equipo de investigación describe un proceso de varios pasos para producir nanocristales de perovskita revestidos que exhiben una fuerte resistencia a la degradación en ambientes húmedos.

"Los nanocristales de perovskita son muy susceptibles a la degradación, particularmente cuando entran en contacto con el agua, "dijo Zhiqun Lin, profesor de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech. "Este sistema de doble capa ofrece dos capas de protección al tiempo que permite que cada nanocristal siga siendo una unidad distinta y separada, logrando la máxima cantidad de superficie y otras características físicas de la perovskita necesarias para optimizar las aplicaciones optoelectrónicas ".

El término perovskita se refiere a la estructura cristalina del material, que generalmente se compone de tres partes:dos cationes de diferentes tamaños y un anión en el medio. Por décadas, Los investigadores han probado la sustitución de varios productos químicos en la estructura para lograr características únicas. En particular, perovskitas que contienen compuestos de haluro como bromuro y yodo pueden actuar como absorbentes y emisores de luz.

Para este estudio, que fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Fundación Nacional de Ciencias, la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa, y el Departamento de Energía, El grupo de Lin trabajó con una de las configuraciones de haluro más comunes, que se forma a partir de metilamonio, dirigir, y bromuro.

Su proceso consiste en formar primero moléculas de plástico en forma de estrella que podrían servir como "nanoreactores" al hacer crecer 21 brazos de polímero en una molécula de azúcar simple. Luego, una vez que los precursores químicos de los nanocristales de sílice y perovskita se cargan en la molécula de plástico, varias etapas de reacciones químicas producen el sistema final.

Después de que el plástico en forma de estrella haya desempeñado su papel como nano-reactor, los componentes en forma de estrella permanecen unidos permanentemente, casi como cabello, a la sílice, que encierra la perovskita. Los pelos sirven entonces como la primera capa de protección, repeler el agua y evitar que los nanocristales se agrupen. La capa posterior de sílice agrega protección adicional en caso de que el agua atraviese el cabello de plástico repelente al agua.

"La síntesis y las aplicaciones de los nanocristales de perovskita han sido un campo de investigación en rápida evolución durante los últimos cinco años, "dijo Yanjie He, coautor del artículo y ex estudiante de posgrado en Georgia Tech. "Nuestra estrategia, basado en un plástico en forma de estrella cuidadosamente diseñado como nanoreactor, permite un control sin precedentes en la elaboración de nanocristales de perovskita de alta calidad con arquitectura compleja, que es inaccesible en los enfoques convencionales ".

Para probar el material, Los investigadores recubrieron sustratos de vidrio con una película delgada de perovskitas encapsuladas y realizaron varias pruebas de estrés. incluida la inmersión de toda la muestra en agua desionizada. Al iluminar la muestra con luz ultravioleta, encontraron que las propiedades fotoluminiscentes de las perovskitas nunca disminuyeron durante una prueba de 30 minutos. Para comparacion, los investigadores también sumergieron perovskitas no encapsuladas en agua y observaron cómo su fotoluminiscencia desaparecía en cuestión de segundos.

Lin dijo que el nuevo método abre la posibilidad de ajustar las características de la superficie del nanocristal de doble capa para mejorar su rendimiento en una mayor variedad de aplicaciones. El proceso de fabricación de los nuevos nanocristales de perovskita a partir del plástico en forma de estrella también fue único en el sentido de que empleaba disolventes de bajo punto de ebullición con baja toxicidad. La investigación futura puede centrarse en el desarrollo de diferentes sistemas de nanocristales de perovskita, incluidas las perovskitas totalmente inorgánicas, perovskitas dobles, y perovskitas dopadas.

"Prevemos que este tipo de nanocristal de perovskita resultará muy útil para crear dispositivos optoelectrónicos duraderos para la obtención de imágenes biológicas". biosensores, sensores fotónicos, y detección de radiación, así como LED de próxima generación, láseres y centelleadores, ", Dijo Lin." Esto se debe a que estos nanocristales peludos de perovskita tienen ventajas únicas, incluida una alta tolerancia a defectos, bandas de emisión más estrechas, y alta eficiencia de centelleo ".