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Utilizando perovskitas transformadas para construir un fotodetector innovador. CRÉDITO ©Dr. Li Xiaocui / Universidad de la ciudad de Hong Kong |
Abstracto:
Un equipo de investigación codirigido por científicos de la City University de Hong Kong (CityU) ha conseguido transformar perovskitas totalmente inorgánicas a temperatura ambiente sin afectar a sus propiedades funcionales. Sus resultados demuestran el potencial de esta clase de semiconductores para producir sistemas energéticos y electrónicos deformables de próxima generación en el futuro.
Transformación exitosa de perovskitas inorgánicas sin comprometer sus propiedades funcionales
Hong Kong, China | Publicado el 6 de octubre de 2023
Las perovskitas de haluro de plomo totalmente inorgánicas se están convirtiendo en materiales semiconductores cada vez más importantes en la conversión de energía y la optoelectrónica debido a su rendimiento excepcional y su estabilidad ambiental mejorada.
“Sin embargo, a diferencia de los materiales metálicos o los polímeros, los semiconductores inorgánicos suelen ser frágiles y difíciles de procesar. Esto limita gravemente sus aplicaciones como productos optoelectrónicos que deben resistir tensiones y tensiones mecánicas sin perder funcionalidad”, dijo el profesor Chen Fu-Rong, vicepresidente asociado (Colaboración continental) y presidente de ciencia de materiales en CityU, quien codirigió el estudio dirigido por el proyecto. .
Para superar esta limitación, un equipo de investigación dirigido por el profesor Chen, junto con el profesor Johnny Ho Chung-yin, subdirector y profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales (MSE), y el profesor Zhao Shijun del Departamento de Ingeniería Mecánica (MNE ). ) en CityU y el profesor Lu Yang, ex profesor de MNE y actualmente trabajando en la Universidad de Hong Kong (HKU), exploraron la deformabilidad de perovskitas puramente inorgánicas (CsPbX3, donde X puede ser iones Cl, Br o I). Descubrieron que las perovskitas se pueden transformar esencialmente en diferentes geometrías a temperatura ambiente conservando al mismo tiempo sus propiedades funcionales, un rendimiento sin precedentes en los semiconductores inorgánicos tradicionales.
En sus experimentos, el equipo sintetizó por primera vez micropilares monocristalinos de CsPbX3 con diámetros y anchos que oscilaban entre 0,4 y 2 μm y longitudes de 3 a 10 μm utilizando el método vapor-líquido-sólido. Luego realizaron experimentos de compresión in situ utilizando un microscopio electrónico de barrido.
Descubrieron que se producían desplazamientos continuos de dislocaciones parciales en sistemas de desplazamiento múltiple en la red cristalina de CsPbX3 bajo compresión. Este mecanismo de deformación de múltiples deslizamientos «similar a un dominó» permitió que las micropíldoras se deformaran en varias formas diferentes sin romperse, incluidas la forma de L invertida, la forma de Z y la forma de copa de vino.
Utilizando un microscopio electrónico de transmisión (TEM) de resolución atómica, el equipo demostró que los átomos en la zona de deformación estaban bien conectados, lo que daba como resultado propiedades funcionales intactas. «También observamos que el rendimiento optoelectrónico de los micropilares no se veía afectado por la deformación. Esto demuestra el potencial de estos materiales para su uso en optoelectrónica deformable».
El equipo de investigación realizó más análisis electrónicos y estructurales para descubrir el origen físico de este comportamiento inusual. «El secreto de la capacidad de transformación es la barrera de energía de bajo deslizamiento, que garantiza un fácil deslizamiento, y los fuertes enlaces Pb-X, que mantienen la integridad estructural del cristal y evitan el agrietamiento o la escisión», dijo el profesor Zhao Shijun, especializado en en las propiedades de los materiales informáticos. Y la banda prohibida (un índice de energía que influye en las propiedades eléctricas generales de los semiconductores intrínsecos) de la red cristalina de CsPbX3 permaneció sin cambios después de la deformación, lo que indica que la estructura electrónica del material no se vio afectada, añadió.
«Nuestros resultados mostraron que los cristales individuales de CsPbX3 totalmente inorgánicos pueden deformarse significativamente y transformarse fácilmente en diferentes formas mediante múltiples deslizamientos en condiciones ambientales sin cambiar su integridad cristalina, estructura reticular o propiedades optoelectrónicas», dijo el profesor Chen.
«Este logro representa un paso significativo hacia el desarrollo y la fabricación de dispositivos energéticos innovadores y electrónica deformable. El mecanismo subyacente revelado por un TEM a escala atómica proporciona implicaciones importantes para la búsqueda de otros semiconductores dúctiles intrínsecos», añadió.
Los resultados se publicaron en Nature Materials con el título «Morformación de perovskitas totalmente inorgánicas habilitada por multideslizamiento».
Los primeros autores son el Dr. Li Xiaocui, Dra. Meng You y el Dr. Li Wanpeng, investigador postdoctoral en el departamento de MSE. Los autores correspondientes son el profesor Chen, el profesor Ho, el profesor Zhao y el profesor Lu de HKU. Otros colaboradores incluyen investigadores de CityU y la Universidad de Zhejiang.
La investigación cuenta con el apoyo del Consejo de Subvenciones de Investigación de Hong Kong (RGC), CityU y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China/RGC Hong Kong Joint Research Scheme.
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