日本科学家团队在高效蓝光半导体发展有望带来更高效环保的照明技术

人造光约占全球总耗电量的20%。考虑到当前的环境危机,节能发光材料的发现特别重要,尤其是产生白光的材料。在过去的十年中,固态照明技术的发展是半导体研究的主要领域,该领域涉及发光化合物,这导致了白色LED的广泛使用。但是,这些LED中的大多数实际上是涂有黄色发光材料的蓝色LED芯片。发出的黄光与剩余的蓝光组合产生白色。

因此,减少现代白光LED灯能耗的一种方法是寻找更好的蓝色发光半导体。遗憾的是,直到现在,还没有已知的蓝色发光化合物同时具有高效,易加工,耐用,环保、材料丰富等特点。

日本东京工业大学的一个科学家团队在《先进材料杂志上发表的最新研究中,发现了一种满足所有标准的新型碱金属卤化铜Cs5Cu3Cl6I2。与Cs3Cu2I5(未来设备的另一种有希望的发蓝光候选材料)不同,本研究所提出的化合物具有两种不同的卤化物:氯化物和碘化物。证明Cs5Cu3Cl6I2可能是一种有前途的发蓝光半导体材料。尽管以前已经尝试过使用混合卤化物材料,但是Cs5Cu3Cl6I2具有独特的性能,特别是在使用I?和Cl?离子时出现。

日本一个科学家团队在高效蓝光半导体发展有望带来更高效、更环保的照明技术

事实证明,Cs5Cu3Cl6I2在两个不同的亚基中形成一维之字形链,并且链中的连接仅由I?离子桥接。科学家们还发现了另一个重要特征:它的价带几乎是平坦的(具有恒定能量),该价带描述了材料晶体结构不同位置的电子能级。反过来,这种特性使光生空穴(表示不存在光激发电子的带正电的伪粒子)变得“更重”。这些孔由于与I?的强烈相互作用而趋于固定。它们很容易与附近的自由电子键合,形成一个称为激子的小系统。

激子引起晶体结构变形。激子由于自身的作用而被束缚在适当的位置。这对于高效产生蓝光至关重要。主持这项研究的金正焕教授解释说:“自陷激子是光激发能量的局部形式;其构成的电子-空穴对的最终重组会引起光致发光,在这种情况下会发出蓝光。”

除了效率高,Cs5Cu3Cl6I2还具有其他吸引人的特性。它仅由丰富的材料组成,因此相对便宜。而且,它在空气中比Cs3Cu2I5和其他碱金属卤化铜化合物稳定得多。科学家发现,Cs5Cu3Cl6I2在空气中存储三个月后的性能不会降低,而类似的发光化合物仅在几天后性能就变差了。最后,Cs5Cu3Cl6I2不需要铅这种剧毒元素,因此总体上对环境友好。

Kim教授对研究结果感到兴奋,他总结道:“我们的发现为开发新型碱金属卤化铜候选材料提供了新视角,并证明Cs5Cu3Cl6I2可能是一种有前途的蓝光发材料。” 这支科学家团队的新研究成果,将有望带来更高效、更环保的照明技术。

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