САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 25 февраля. /ТАСС/. Ученые университета ИТМО разработали способ изготовления ярких светодиодов на основе углеродных точек за счет обработки полиэтиленгликолем прямо в процессе "варки" в печи. Это значительно повышает яркость фотолюминесценции наночастиц при тех же затратах энергии и позволяет создавать на их основе стабильные светодиоды с яркостью, как у более сложных в изготовлении аналогов, сообщили в пресс-службе вуза.
"Ученые ИТМО нашли способ улучшить оптические свойства углеродных точек за счет обработки полиэтиленгликолем — это дешевый и доступный полимер. Его молекулы выступают в качестве дополнительного источника углерода, который закрывает дефекты в наночастицах и повышает квантовый выход. При этом структура, цвет, форма спектра и другие свойства частиц не изменяются. Чтобы "приготовить" наночастицы для светодиодов, обработанные полиэтиленгликолем точки "варили" в герметичном автоклаве в духовке на протяжении шести часов. Такой способ, называемый гидротермальным, чаще всего используется для изготовления углеродных точек", — говорится в сообщении.
Уточняется, что углеродные точки являются перспективным материалом для светодиодов и дисплеев. Это нетоксичные, биосовместимые и простые в изготовлении наночастицы, которые получают из дешевых и доступных компонентов, в том числе из лимонной кислоты и хлорофилла. Углеродные точки обладают высокой стабильностью и могут "выживать" в различных растворителях, в том числе в воде. Однако использовать их в массовом производстве пока не получается — прежде всего, из-за малого квантового выхода фотолюминесценции.
Так, в перовскитах и квантовых точках показатель может доходить почти до 100%, у водных углеродных точек он чаще всего ниже 60-70%, а в амфифильных, то есть способных растворяться и в полярных, и в неполярных растворителях, обычно не превышает 15-20%. Этого не хватает, чтобы использовать наночастицы в ярких светодиодах.
Суть метода
По данным пресс-службы, в ходе работы ученые ИТМО обработали новым способом два вида углеродных точек — гидрофильные, которые хорошо растворяются в полярных растворителях, и амфифильные, которые растворяются в любых растворителях. Сильнее всего после обработки улучшились оптические свойства гидрофильных углеродных точек: максимальный квантовый выход составил около 75-80%, в то время как у необработанных он равен 30%. Квантовый выход амфифильных точек, которые могут использоваться при создании светодиодов, возрос с 20% до 25-30%.
Максимальная яркость светодиодов из обработанных углеродных амфифильных точек достигла 2 500 кандел на 1 кв. м (из необработанных — 2 000 кандел) — это примерно соответствует яркости существующих светодиодов на основе органических красителей и перовскитов. Кроме того, полученные на основе обработанных углеродных точек светодиоды оказались устойчивыми: они смогли пережить без дополнительного охлаждения более 50 циклов включения-выключения, непрерывную работу в течение 30 минут и не деградировали — это считается достаточно хорошим результатом.
