İnorganik perovskitlerin fonksiyonel özelliklerine zarar vermeden başarılı bir şekilde dönüştürülmesi

Bir araştırma ekibi, tamamen inorganik perovskitleri, işlevsel özelliklerinden ödün vermeden oda sıcaklığında başarıyla dönüştürdü. Bulguları, bu yarı iletken sınıfının gelecekte yeni nesil deforme edilebilir elektronik ve enerji sistemleri üretme potansiyelini ortaya koyuyor.

Tamamen inorganik kurşun halojenür perovskitler, olağanüstü performansları ve gelişmiş çevresel stabiliteleri nedeniyle enerji dönüşümünde ve optoelektronikte giderek daha önemli yarı iletken malzemeler haline geliyor.

Yardımcı Profesör Chen Fu-Rong, "Ancak, metal malzemeler veya polimerlerden farklı olarak, inorganik yarı iletkenler genellikle kırılgandır ve işlenmesi zordur. Bu, bunların, işlevselliklerini kaybetmeden mekanik gerilime ve zorlanmaya dayanması gereken optoelektronik ürünler olarak uygulamalarını güçlü bir şekilde kısıtlar" dedi. Araştırmayı yöneten CityU Başkanı (Anakara İşbirliği) ve Malzeme Bilimi Başkanı Profesör.

Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, Profesör Chen liderliğindeki bir araştırma ekibi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği (MSE) Bölüm Başkanı ve Profesör Profesör Johnny Ho Chung-yin ve Makine Mühendisliği Bölümü (MNE) Profesör Zhao Shijun ile birlikte çalıştı. CityU'da) ve MEB'de eski profesör olan ve şu anda Hong Kong Üniversitesi'nde (HKU) çalışan Profesör Lu Yang, tüm inorganik perovskitlerin (X'in Cl, Br veya I iyonları olabileceği CsPbX3) deforme edilebilirliğini araştırdı. Perovskitlerin, geleneksel inorganik yarı iletkenlerde benzeri görülmemiş bir başarı olan fonksiyonel özelliklerini korurken, oda sıcaklığında büyük ölçüde farklı geometrilere dönüştürülebildiğini buldular.

Ekip, deneylerinde ilk olarak buhar-sıvı-katı yöntemini kullanarak, çapları ve genişlikleri 0,4 ila 2 μm arasında değişen ve uzunlukları 3 ila 10 μm arasında değişen CsPbX3'ün tek kristal mikropillerini sentezledi. Daha sonra taramalı elektron mikroskobu ile yerinde sıkıştırma deneyleri gerçekleştirdiler.

Sıkıştırma altında, CsPbX3 kristal kafesindeki çoklu kayma sistemlerinde sürekli kısmi dislokasyon kaymaları olduğunu buldular. Bu 'domino benzeri' çoklu kaymalı deformasyon mekanizması, mikro sütunların, baş aşağı L şekli, Z şekli ve şarap kadehi şekli de dahil olmak üzere, kırılmadan çeşitli farklı şekillere deforme olmasını sağladı.

Ekip, atomik çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (TEM) yardımıyla deformasyon bölgesindeki atomların iyi bağlandığını ve bunun da fonksiyonel özelliklerin hasar görmemesine yol açtığını ortaya çıkardı. Profesör Ho, "Ayrıca mikropillerin optoelektronik performansının deformasyondan etkilenmediğini de gözlemledik" dedi. "Bu, bu malzemelerin deforme olabilen optoelektronikte kullanım potansiyelini gösteriyor."

Araştırma ekibi, bu olağandışı davranışın fiziksel kökenini ortaya çıkarmak için daha ileri elektronik ve yapısal analizler gerçekleştirdi. Profesör Zhao Shijun, "Değişme yeteneğinin sırrı, kolay kaymayı sağlayan düşük kaymalı enerji bariyeri ve kristalin yapısal bütünlüğünü koruyan ve çatlamayı veya parçalanmayı önleyen güçlü Pb-X bağlarıdır" dedi. hesaplamalı malzemelerin özellikleri. Ve CsPbX3 kristal kafesinin içsel yarı iletkenlerin toplam elektriksel özelliklerini etkileyen bir enerji indeksi olan bant aralığının deformasyondan sonra değişmeden kaldığını ve malzemenin elektronik yapısının etkilenmediğini gösterdiğini ekledi.

Profesör Chen, "Sonuçlarımız, tamamen inorganik CsPbX3 tek kristallerinin, kristal bütünlüğünü, kafes yapısını veya optoelektronik özelliklerini değiştirmeden, ortam koşulları altında çoklu kayma yoluyla büyük ölçüde deforme olabileceğini ve çeşitli şekillere kolayca dönüştürülebileceğini gösterdi" dedi.

"Bu başarı, yenilikçi enerji cihazları ve deforme olabilen elektroniklerin tasarlanması ve üretilmesine yönelik önemli bir adımı temsil ediyor. Atomik düzeyde bir TEM tarafından ortaya çıkarılan temel mekanizma, diğer içsel sünek yarı iletkenlerin araştırılması için önemli çıkarımlar sağlıyor" diye ekledi.

Bulgular Nature Materials'da "Tüm inorganik perovskitlerin çoklu kayma özellikli dönüşümü" başlığı altında yayınlandı.

İlk yazarlar, MSE Bölümünde doktora sonrası araştırmacı olan Dr Li Xiaocui, Dr Meng You ve Dr Li Wanpeng'dir. İlgili yazarlar Profesör Chen, Profesör Ho, Profesör Zhao ve HKU'dan Profesör Lu'dur. Diğer işbirlikçiler CityU ve Zhejiang Üniversitesi'nden araştırmacılardır.

Araştırma, Hong Kong Araştırma Hibe Konseyi (RGC), CityU ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı/RGC Hong Kong Ortak Araştırma Programı tarafından desteklenmektedir.

kaynakça: City University of Hong Kong. "Successful morphing of inorganic perovskites without damaging their functional properties." ScienceDaily. ScienceDaily, 5 October 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231005110731.htm>.