Российские ученые предложили новый метод создания ярких и устойчивых светодиодов на основе углеродных точек. Разработка позволяет повысить светоотдачу наночастиц без сложных технологических процессов. Исследование показало, что обработка углеродных точек полиэтиленгликолем значительно улучшает их оптические свойства, приближая их к характеристикам традиционных светодиодов.
Углеродные точки — перспективный материал для создания светодиодов и дисплеев. Они представляют собой наночастицы, которые получают из доступного сырья, например, лимонной кислоты. В отличие от перовскитов, углеродные точки демонстрируют высокую стабильность и устойчивость к различным растворителям. Кроме того, их поверхность можно модифицировать, что расширяет сферу применения в различных композитных материалах.
Несмотря на преимущества, массовое применение углеродных точек в светодиодах затруднено низким квантовым выходом фотолюминесценции. Этот показатель отвечает за интенсивность свечения, и в большинстве случаев он значительно ниже, чем у других наноматериалов, например, квантовых точек.
Исследователи ИТМО нашли способ повысить светоотдачу углеродных точек, обрабатывая их полиэтиленгликолем во время синтеза. Этот полимер не только исправляет дефекты структуры, но и улучшает квантовый выход, не меняя других физических характеристик материала. Процесс обработки происходит в герметичном автоклаве при нагревании в течение шести часов.
Эксперименты показали, что метод особенно эффективно работает с гидрофильными углеродными точками, чья световая эффективность увеличилась до 75–80%. Амфифильные наночастицы, которые пригодны для светодиодов, также улучшили свои показатели: их квантовый выход вырос с 20% до 25–30%. Яркость светодиодов на основе обработанных точек достигла 2500 кандел на квадратный метр, что сравнимо с аналогами на перовскитах и органических красителях.
Дополнительные испытания подтвердили, что новые светодиоды обладают хорошей стабильностью. Они выдержали более 50 циклов включения и выключения, а также получасовую непрерывную работу без ухудшения характеристик.
«В будущем мы планируем еще больше повысить квантовый выход точек… Возможно, мы сможем изменить структуру светодиода для лучшей передачи заряда, а также модифицировать синтез углеродных точек».
— Михаил Мирущенко, инженер центра «Информационные оптические технологии» ИТМО
Дальнейшие исследования направлены на усовершенствование технологии и изучение других полимеров для обработки наночастиц. Это позволит расширить их применение, включая производство дисплеев и биовизуализацию в медицине.
Источник: пресс-служба Университета ИТМО
