I punti quantistici mantengono il loro bagliore sotto il calore dopo la doppia modificazione

Secondo uno studio condotto da ricercatori dell'Università di Koç, i punti quantistici hanno mostrato una maggiore stabilità termica dopo aver subito due modifiche. La ricerca, pubblicata su Nanoscale, rivela che alterare sia il reticolo cristallino interno che la superficie dei punti quantistici di perovskite migliora significativamente la loro capacità di mantenere la luminosità e l'integrità strutturale a temperature elevate. I punti quantistici non trattati iniziano a degradarsi intorno ai 60 ° C, mentre le versioni modificate mantengono le loro prestazioni fino a 80 ° C. Lo studio si concentra sui punti quantistici di iodio di piombo di cesio (CsPbI3), che sono apprezzati per le loro proprietà ottiche ed elettroniche, specialmente nelle applicazioni a rosso e vicino all'infrarosso.

Tuttavia, questi nanocristalli affrontano sfide a causa della loro struttura cristallina intrinsecamente instabile. L'esposizione al calore, alla luce o ai fattori ambientali provoca cambiamenti strutturali che introducono difetti. Questi difetti agiscono come percorsi per la dissipazione dell'energia come calore piuttosto che luce, un fenomeno chiamato ricombinazione non radiativa.

In secondo luogo, hanno passivato le superfici dei punti quantici usando una combinazione di ioni cloruro e ioduro. Questo approccio mirava a rafforzare sia la struttura interna che lo strato esterno dei nanocristalli. I ricercatori hanno sintetizzato tre tipi di punti quantici: CsPbI3 incontaminato, dopato con cobalto e dopato con argento. Ogni campione è stato sottoposto a temperature comprese tra 20 ° C e 80 ° C. Sono stati utilizzati una varietà di metodi analitici per valutare gli effetti della temperatura sui campioni.

Tecniche come la diffrazione a raggi X, la microscopia elettronica di trasmissione, la spettroscopia di fotoluminescenza, la spettroscopia di assorbimento ultravioletto-visibile e la spettroscopia infrarossa della trasformazione di Fourier hanno aiutato a tracciare i cambiamenti strutturali e ottici. I punti quantici CsPbI3 non trattati hanno mostrato una notevole distorsione del reticolo e una significativa estinzione dell'emissione superiore a 60 ° C. Con l'aumento delle temperature, il reticolo cristallino si è ammorbidito, portando alla perdita di legandi superficiali e alla formazione di difetti che ostacolavano l'emissione di luce.

Al contrario, i punti quantici modificati con cobalto e argento mantenevano la loro morfologia cubica, mostravano un'aggregazione minima di particelle e un'emissione luminosa robusta e ben definita fino a 80 ° C. Ciò suggerisce che le modifiche hanno effettivamente esteso la finestra di stabilità termica di circa 20 ° C. L'analisi della durata di vita dello stato eccitato ha rivelato che i materiali modificati hanno sperimentato un aumento molto più piccolo della ricombinazione non radiativa attivata termicamente. Rispetto ai punti quantici non trattati, il tasso di ricombinazione non radiativa nei campioni modificati è aumentato di meno del 60%.

I punti quantistici dopati d'argento hanno ottenuto le migliori prestazioni in termini di stabilità strutturale, mostrando un'espansione minima del reticolo durante il riscaldamento. 5% Inoltre, i punti dopati d'argento hanno mostrato la più piccola riduzione della larghezza di banda elettronica causata dal calore. I risultati evidenziano l'importanza di combinare modifiche interne ed esterne per migliorare la resilienza termica dei punti quantistici. Rinforzando il reticolo cristallino e stabilizzando la superficie, la doppia strategia affronta contemporaneamente più meccanismi di guasto. Ciò potrebbe aprire la strada a dispositivi basati su punti quantistici più durevoli nell'optoelettronica, inclusi LED, display e celle solari.

I lavori futuri si concentreranno probabilmente sull'ottimizzazione dei rapporti di doping e dei protocolli di passivazione per ottenere una stabilità ed un'efficienza ancora maggiori.