佐治亚理工学院 该图显示了两层塑料和二氧化硅如何共同保护钙钛矿材料
信用:佐治亚理工学院 钙钛矿纳米晶体有望改善从激光器到发光二极管的各种光电器件，但其耐用性问题仍然限制了这种材料的广泛商业应用
佐治亚理工学院的研究人员展示了一种旨在解决材料耐久性问题的新方法:将钙钛矿封装在由塑料和二氧化硅制成的双层保护系统中
在11月发表的一项研究中
29在《科学进展》杂志上，研究小组描述了一个多步骤的过程来生产封闭的钙钛矿纳米晶体，这种晶体在潮湿环境中表现出很强的抗降解能力
佐治亚理工学院材料科学与工程学院的教授林志群说:“钙钛矿纳米晶体极易降解，尤其是当它们与水接触时。”
“这种双壳系统提供了两层保护，同时允许每个纳米晶体保持独特和独立的单元，实现了优化光电应用所需的钙钛矿的最大表面积和其他物理特性
" 术语钙钛矿是指材料的晶体结构，通常由三部分组成:两种不同大小的阳离子和一种介于两者之间的阴离子
几十年来，研究人员一直在测试将各种化学物质替换到结构中，以获得独特的特性
特别是，含有卤化物如溴化物和碘的钙钛矿可作为光吸收剂和发光体
这项研究得到了美国空军科学研究办公室、美国国家科学基金会、美国国防威胁减少署和美国能源部的支持，林的团队研究了一种最常见的卤化物结构，它是由甲基铵、铅和溴化物形成的
新的保护系统可以帮助钙钛矿发光二极管防水
信用:乔希布朗 他们的过程包括首先形成星形塑料分子，通过在一个简单的糖分子上生长21个聚合物臂来充当“纳米反应器”
然后，一旦二氧化硅和钙钛矿纳米晶体的前体化学物质被装载到塑料分子上，几个阶段的化学反应就产生了最终的系统
在星形塑料发挥了纳米反应器的作用后，星形成分就像头发一样永久附着在包裹钙钛矿的二氧化硅上
然后毛发充当第一层保护层，排斥水并防止纳米晶体聚集在一起
如果有水通过防水塑料头发，随后的二氧化硅层会提供进一步的保护
“在过去的五年里，钙钛矿纳米晶体的合成和应用一直是一个快速发展的研究领域，”何说，他是这篇论文的合著者，也是佐治亚理工学院的前研究生
“我们的策略是基于一种经过合理设计的星形塑料作为纳米反应器，能够对具有复杂结构的高质量钙钛矿纳米晶体的制造进行前所未有的控制，这在传统方法中是无法实现的
" 为了测试这种材料，研究人员在玻璃基板上涂上一层封装的钙钛矿薄膜，并进行几次应力测试，包括将整个样品浸入去离子水中
通过在样品上照射紫外光，他们发现钙钛矿的光致发光特性在30分钟的测试中从未减弱
相比之下，研究人员还将未封装的钙钛矿浸入水中，观察它们的光致发光在几秒钟内消失
佐治亚理工学院材料科学与工程系教授林志群
信用:克里斯托弗·摩尔 林说，新方法开启了调整双壳纳米晶体表面特性的可能性，以提高其在更广泛应用中的性能
由星形塑料制造新的钙钛矿纳米晶体的方法也是独特的，因为它使用低毒性的低沸点溶剂
未来的研究可能集中于开发不同的钙钛矿纳米晶体系统，包括全无机钙钛矿、双钙钛矿和掺杂钙钛矿
林说:“我们预计这种钙钛矿纳米晶体将非常有助于制造耐用的光电器件，用于生物成像、生物传感器、光子传感器和辐射检测，以及下一代发光二极管、激光器和闪烁体。”
这是因为这些毛茸茸的钙钛矿纳米晶体具有独特的优势，包括高缺陷容限、更窄的发射带和高闪烁效率
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