Các chấm polyme cacbon hóa tăng cường độ ổn định và tính linh hoạt của bộ tách sóng quang perovskite bán 2D
của Viện Khoa học Trung Quốc
a, Thông qua việc kiểm soát nhiệt độ cacbon hóa, chiều dài của chuỗi polyme có thể được điều chỉnh. Các CPD thể hiện tính co giãn mạnh như được minh họa. b, Kết quả tính toán DFT cho thấy hiệu ứng phối hợp giữa nhóm chức axit cacboxyl và nguyên tử Pb không liên kết, trong đó các electron chuyển từ nguyên tử Pb vào nguyên tử O. c, Ảnh chụp hệ thống uốn tự chế và giản đồ của bộ tách sóng quang chế tạo. Các bộ tách sóng quang được điều chế CPD cho thấy tính linh hoạt và ổn định cao, mà phản hồi ảnh của chúng không bị mất sau khi bẻ cong 10000 lần. d, Thông qua việc điều chỉnh các CPD khác nhau được đưa vào với các loại và số lượng nhóm chức khác nhau, thiết bị tách sóng quang thể hiện các đặc tính I-V khác nhau, nơi CPD làm giảm dòng điện tối của chúng. Quán quân của các thiết bị này đạt độ phân giải ánh sáng yếu với cường độ 10,1 pw / cm², đạt cường độ 1/50 so với các thiết bị không điều chế. Ảnh: Mingrui Tan, Mingbian Li, Want Pan, Xiaopeng Feng, Yuhong He, Junjun Liu, Fengxia Dong, Haotong Wei và Bai Yang
Bộ tách sóng quang hiệu suất cao với khả năng phát hiện tuyệt vời đã được triển khai rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, chẳng hạn như công nghệ không người lái, phẫu thuật điều hướng trong phẫu thuật, nhận dạng khuôn mặt, chống làm giả, v.v. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn phải đối mặt với những thách thức khi nhu cầu mới được thực hiện đối với các chức năng bổ sung như tính linh hoạt tuyệt vời mà không mất độ nhạy / độ ổn định. Do đó, cần có những vật liệu cảm quang mới hoặc vật liệu tổng hợp đa chức năng để đáp ứng sự phát triển nhanh chóng của công nghệ.
Trong một bài báo mới được xuất bản trên tạp chí Light: Science & Applications, một nhóm các nhà khoa học, dẫn đầu bởi Giáo sư Haotong Wei từ Phòng thí nghiệm Trọng điểm Nhà nước về Cấu trúc và Vật liệu Siêu phân tử, Trường Cao đẳng Hóa học, Đại học Cát Lâm, Trung Quốc đã phát triển một phương pháp giới thiệu các chấm polyme cacbon hóa ( CPD) để thúc đẩy hiệu suất của bộ tách sóng quang linh hoạt dựa trên perovskite bán 2D.
Bằng cách kiểm soát hình thái của cấu trúc lõi / vỏ độc đáo CPDs với các chuỗi polyme đàn hồi, chúng đã cải thiện đáng kể tính ổn định linh hoạt của các bộ tách sóng quang perovskite, cho thấy không bị mất phản ứng quang sau khi bẻ cong 10.000 lần. Hơn nữa, các khuyết tật phân bố trong ranh giới hạt của perovskite được phân chia thụ động thông qua hiệu ứng phối trí giữa các nguyên tử Pb không liên kết và các nhóm cacbonyl trong chuỗi polyme của CPDs.
Các thiết bị cho thấy dòng điện tối thấp hơn và giải quyết ánh sáng yếu với cường độ ánh sáng có thể phát hiện được giảm xuống 1/50, so với hiệu suất ban đầu. Phương pháp được báo cáo cung cấp một con đường kinh tế và sẵn có để tăng hiệu suất phát hiện quang của các thiết bị quang điện tử linh hoạt.
CPDs được cấu tạo bởi cacbon kết tinh được cacbon hóa làm lõi hạt nhân ở trung tâm và được bao bọc bởi các chuỗi polyme vô định hình làm lớp vỏ. Kích thước của hạt nhân cacbon có thể được kiểm soát dễ dàng bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và thời gian cacbon hóa, và các chuỗi polyme có các nhóm chức phong phú, mang lại các đặc tính hóa học bề mặt có thể điều chỉnh được.
Do đó, cấu trúc lõi-vỏ độc đáo của CPDs đảm bảo tính đàn hồi tuyệt vời và các đặc tính quang điện tử có thể điều chỉnh được của CPDs. Ngoài ra, nguyên liệu thô của CPDs có nhiều trong tự nhiên, các quá trình tổng hợp cũng dễ dàng và giá thành thấp. Dựa trên những cân nhắc này, các nhà khoa học này đã đề xuất rằng vật liệu tổng hợp perovskite / CPDs có thể thể hiện tính linh hoạt và hiệu suất phát hiện quang tuyệt vời:
"Chúng tôi đã chế tạo một loạt CPD với các đặc tính hình thái khác nhau. Bằng cách thay đổi nhiệt độ, quá trình cacbon hóa được điều chỉnh dẫn đến độ dài khác nhau của chuỗi polyme trên CPD. Và khi chúng tôi điều chỉnh nguyên liệu thô, các CPD này sẽ mang các nhóm chức năng phong phú và có thể kiểm soát được, các nhà nghiên cứu viết.
"Các độ dài khác nhau của CPD cung cấp một cách thuận tiện để kiểm soát tính linh hoạt của các thiết bị. Các chuỗi polyme có thể co giãn của CPD sẽ hoạt động như một mỏ neo ở các ranh giới hạt, làm cho hình thái của perovskite ổn định hơn trong quá trình biến dạng. Hơn nữa , nguồn nguyên liệu thô sẵn có dồi dào của CPD cung cấp cho chúng tôi nhiều lựa chọn hơn để điều chỉnh các đặc tính của CPD. các nhóm chức năng, CPD cung cấp một con đường để điều chỉnh hiệu suất quang điện tử của các thiết bị, "họ nói thêm.
"Phương pháp của chúng tôi đóng góp một con đường mới để điều chỉnh các đặc tính của vật liệu và thiết bị quang điện tử. Bằng cách giới thiệu các CPD dễ chuẩn bị này, chúng tôi kết hợp các đặc tính của CPD và vật liệu perovskite và đạt được các bộ tách sóng quang hiệu suất cao với độ linh hoạt và ổn định cao. Công việc của chúng tôi sẽ truyền cảm hứng và thúc đẩy các thiết bị quang điện tử linh hoạt và có thể gập lại cũng như thúc đẩy sự phát triển của chúng lựa chọn và thăng tiến. "
