Un gruppo di ricerca guidato da studiosi della City University di Hong Kong (CityU) ha trasformato con successo perovskiti completamente inorganiche a temperatura ambiente senza comprometterne le proprietà funzionali. I loro risultati dimostrano il potenziale di questa classe di semiconduttori per la produzione futura di elettronica deformabile e di sistemi energetici.
Le perovskiti completamente inorganiche agli alogenuri di piombo stanno diventando materiali semiconduttori sempre più importanti nella conversione dell’energia e nell’optoelettronica grazie alle loro prestazioni eccezionali e alla maggiore stabilità ambientale.
“Tuttavia, a differenza dei materiali metallici o dei polimeri, i semiconduttori inorganici sono spesso fragili e difficili da lavorare. Ciò limita fortemente le loro applicazioni come prodotti optoelettronici che devono resistere a sollecitazioni e sollecitazioni meccaniche senza perdere la loro funzionalità”, ha affermato il professor Chen Fu-Rong, vicepresidente associato Presidente (Collaborazione continentale) e Professore titolare di Scienza dei materiali presso CityU, che ha co-diretto lo studio.
Per superare questa limitazione, un gruppo di ricerca guidato dal professor Chen, insieme al professor Johnny Ho Chung-yin, capo associato e professore presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali (MSE), il professor Zhao Shijun, presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica (MNE ) alla CityU, e il professor Lu Yang, ex professore alla MNE e attualmente impegnato presso l’Università di Hong Kong (HKU), ha esplorato la deformabilità delle perovskiti completamente inorganiche (CsPbX3, dove X può essere ioni Cl, Br o I). Hanno scoperto che le perovskiti possono essere sostanzialmente trasformate in geometrie distinte a temperatura ambiente preservando le loro proprietà funzionali, un risultato senza precedenti nei semiconduttori inorganici convenzionali.
Nei loro esperimenti, il team ha prima sintetizzato micropilastri monocristallini di CsPbX3 con diametri e larghezze variabili da 0,4 a 2 μm e lunghezze da 3 a 10 μm, utilizzando il metodo vapore-liquido-solido. Hanno poi condotto esperimenti di compressione in situ con un microscopio elettronico a scansione.
Hanno scoperto che sotto compressione si verificavano spostamenti continui di dislocazioni parziali su più sistemi di scorrimento nel CsPbX3 reticolo cristallino. Questo meccanismo di deformazione multi-scivolamento “simile a un domino” ha consentito ai micropilastri di deformarsi in varie forme distinte senza fratturarsi, tra cui la forma a L capovolta, la forma a Z e la forma di un bicchiere di vino.
Con l’aiuto di un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) a risoluzione atomica, il team ha rivelato che gli atomi nella zona di deformazione erano ben collegati, il che portava a proprietà funzionali intatte. “Abbiamo anche osservato che le prestazioni optoelettroniche dei micropilastri non sono state influenzate dalla deformazione”, ha affermato il professor Ho. “Ciò dimostra il potenziale di questi materiali per l’uso nell’optoelettronica deformabile.”
Il gruppo di ricerca ha eseguito ulteriori analisi elettroniche e strutturali per scoprire l’origine fisica di questo comportamento insolito. “Il segreto della capacità di morphing è la barriera energetica a basso scorrimento, che garantisce scivolamenti facili, e i forti legami Pb-X, che mantengono l’integrità strutturale del cristallo e prevengono rotture o scissioni”, ha affermato il professor Zhao Shijun, specializzato in proprietà dei materiali computazionali. E il bandgap – un indice energetico che influenza le proprietà elettriche totali dei semiconduttori intrinseci – del CsPbX3 il reticolo cristallino è rimasto invariato dopo la deformazione, indicando che la struttura elettronica del materiale non è stata influenzata, ha aggiunto.
“I nostri risultati hanno dimostrato che il CsPbX completamente inorganico3 i singoli cristalli possono essere sostanzialmente deformati e facilmente trasformati in varie forme attraverso il multi-scivolamento in condizioni ambientali, senza modificare la loro integrità cristallina, la struttura reticolare o le proprietà optoelettroniche”, ha affermato il professor Chen.
“Questo risultato rappresenta un passo significativo verso la progettazione e la produzione di dispositivi energetici innovativi e di elettronica deformabile. Il meccanismo sottostante, scoperto da un TEM a livello atomico, fornisce importanti implicazioni per la ricerca di altri semiconduttori duttili intrinseci”, ha aggiunto.
I risultati sono stati pubblicati in Materiali naturali sotto il titolo “Morphing abilitato al multislip di perovskiti completamente inorganiche”.
I primi autori sono il dottor Li Xiaocui, il dottor Meng You e il dottor Li Wanpeng, postdoc presso il Dipartimento MSE. Gli autori corrispondenti sono il professor Chen, il professor Ho, il professor Zhao e il professor Lu della HKU. Altri collaboratori sono ricercatori della CityU e dell’Università di Zhejiang.
La ricerca è supportata dall’Hong Kong Research Grants Council (RGC), CityU e dalla National Natural Science Foundation of China/RGC Hong Kong Joint Research Scheme.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
