Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Teknologi

Keberhasilan dalam mengendalikan komposisi ion perovskit membuka jalan bagi aplikasi perangkat – ScienceDaily


Perovskit organik-anorganik hibrida (* 1) telah menerima banyak perhatian sebagai sel surya generasi berikutnya yang potensial dan sebagai bahan untuk perangkat pemancar cahaya.

Associate Professor Universitas Kobe TACHIKAWA Takashi (dari Molecular Photoscience Research Center) dan Dr. KARIMATA Izuru (sebelumnya seorang mahasiswa pascasarjana yang terlibat dalam penelitian di Sekolah Pascasarjana) telah berhasil sepenuhnya menggantikan ion halida dari nanocrystals perovskit sambil mempertahankan morfologi dan efisiensi pemancar cahaya.

Lebih lanjut, dengan menggunakan teknik seperti pencitraan fotoluminesensi partikel tunggal, para peneliti dapat memahami perubahan sesaat dalam emisi cahaya dan struktur kristal, yang pada gilirannya memungkinkan mereka mengembangkan prinsip untuk mengontrol komposisi ion.

Diharapkan hasil penelitian ini akan memberikan kontribusi dalam memungkinkan sintesis perovskit dari berbagai komposisi dan memajukan pengembangan perangkat yang memanfaatkannya. Selain itu, fleksibilitas struktur perovskit diharapkan dapat dimanfaatkan, sehingga dapat diterapkan pada perangkat dan pembuatan material fungsional baru.

Temuan ini dipublikasikan di jurnal akademik Jerman Angewandte Chemie Edisi Internasional pada tanggal 19 Oktober 2020.

Latar belakang penelitian

Perovskit organik-anorganik hibrida, seperti perovskit timbal organik halida (misalnya, CH3NH3PbX3 (X = Cl, Br, I)), telah menerima perhatian dunia sebagai bahan yang menjanjikan untuk sel surya yang sangat efisien. Selain itu, warna cahaya yang dipancarkannya dapat dikontrol dengan mengubah jenis dan komposisi ion halida. Akibatnya, diharapkan perovskit organik-anorganik hibrida dapat diterapkan pada perangkat pemancar cahaya seperti layar dan laser.

Namun, ion halida di dalam kristal diketahui bergerak bahkan pada suhu kamar, dan fleksibilitas tinggi ini menyebabkan masalah seperti penurunan reproduktifitas sintesis dan daya tahan perangkat.

Metodologi Penelitian

Dalam studi ini, para peneliti menggunakan reaktor aliran yang dibuat khusus (* 3) untuk secara tepat mengontrol reaksi pertukaran antara CH3NH3PbI3 nanocrystals dan Br ion dalam larutan. Ini memungkinkan mereka untuk berhasil mengubah kristal nano menjadi CH3NH3PbBr3 nanocrystals sambil mempertahankan morfologi dan efisiensi pemancar cahaya mereka.

Penting untuk mengetahui jenis reaksi apa yang akan terjadi di dalam kristal untuk mengembangkan teknik sintesis. Untuk memahami hal ini, para peneliti menggunakan mikroskop fluoresensi untuk mengamati bagaimana setiap nanokristal individu bereaksi. Dari pengamatan ini, mereka mengerti bahwa dulu lampu merah dipancarkan oleh CH3NH3PbI3 telah benar-benar menghilang, lampu hijau yang berasal dari CH3NH3PbBr3 tiba-tiba dihasilkan setelah selang waktu 10 hingga 100 detik. Berdasarkan hasil analisis struktur menggunakan sinar x-ray diketahui bahwa Br ion menggantikan I ion berada di dalam struktur kristal sedangkan lapisan kaya bromida terbentuk di permukaan. Setelah itu, bromida pada lapisan permukaan secara bertahap dipindahkan ke bagian dalam.

Dipercaya bahwa emisi cahaya merah menjadi tidak dapat diamati karena bagian dalam struktur kristal sebagian tidak teratur selama transisi ion, yang menyebabkan hilangnya energi yang diperlukan untuk emisi cahaya. Selanjutnya, CH3NH3PbBr3 inti kristal terbentuk di dalam partikel kristal nano dan terjadi transisi kooperatif ke keadaan menghasilkan cahaya hijau.

Dari hasil ini, dapat dikatakan bahwa pemisahan sementara transisi struktur kristal dan restrukturisasi selanjutnya (yang terjadi pada skala nanometer) adalah salah satu kunci keberhasilan, sintesis yang tepat dari perovskit timbal halida organik.

Perkembangan Lebih Lanjut

Proses transformasi struktural yang diamati pada nanocrystals perovskit dalam penelitian ini dianggap terkait dengan semua mode sintesis nanomaterial yang didasarkan pada pertukaran ion, oleh karena itu penelitian di masa depan diharapkan dapat menjelaskan mekanisme yang mendasarinya. Meskipun peneliti memiliki kesan negatif terhadap fleksibilitas perovskit halida organik, diharapkan karakteristik ini dapat dimanfaatkan dan diterapkan pada pengembangan bahan dan perangkat baru yang dapat bereaksi terhadap lingkungan dan rangsangan eksternal.

Ucapan Terima Kasih

Penelitian ini didukung oleh hibah Masyarakat Jepang untuk Promosi Ilmu Pengetahuan KAKENHI: Grant-in-Aid for Scientific Research B (JP18H01944) dan Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Area (JP18H04517 dan JP20H04673).

Glosarium

1. Perovskit organik-anorganik hibrida:

Senyawa tipe perovskit yang terdiri dari ion organik dan anorganik. Perovskit timbal halida organik khas terdiri dari ion organik, ion halida, dan ion timbal. Biasanya, perovskit seperti kalsium titanat (CaTiO3) adalah senyawa dengan ABO3 struktur (A adalah ion logam trivalen dan B adalah ion logam tetravalen).

2. Kristal nano:

Mikrokristal skala nanometer. Satu nanometer (10-9m) sama dengan sepermilyar 1m. Studi ini menggunakan kristal sekitar 90 nanometer.

3. Reaktor Aliran:

Peralatan yang memungkinkan reaksi dilakukan dengan berbagai larutan yang mengalir. Dalam penelitian ini, kristal nano diimobilisasi pada substrat kaca. Sebagai larutan yang mengandung ion iodida yang dialirkan di atas substrat kaca, cahaya yang dipancarkan dari reaksi pertukaran ion diamati di bawah mikroskop.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney