Une équipe de recherche codirigée par des chercheurs de la Metropolis University de Hong Kong (CityU) a réussi à transformer des pérovskites entièrement inorganiques à température ambiante sans compromettre leurs propriétés fonctionnelles. Leurs résultats démontrent le potentiel de cette classe de semi-conducteurs pour la fabrication long run de systèmes électroniques et énergétiques déformables de nouvelle génération.
Les pérovskites aux halogénures de plomb entièrement inorganiques deviennent des matériaux semi-conducteurs de moreover en as well as importants dans la conversion d’énergie et l’optoélectronique en raison de leurs performances exceptionnelles et de leur stabilité environnementale améliorée.
« Cependant, contrairement aux matériaux métalliques ou aux polymères, les semi-conducteurs inorganiques sont souvent fragiles et difficiles à traiter. Cela restreint fortement leurs applications en tant que produits optoélectroniques qui doivent résister aux contraintes et contraintes mécaniques sans perdre leur fonctionnalité », a déclaré le professeur Chen Fu-Rong, vice-président associé. Président (Mainland Collaboration) et professeur titulaire de science des matériaux à CityU, qui a codirigé l’étude.
Pour surmonter cette limitation, une équipe de recherche dirigée par le professeur Chen, avec le professeur Johnny Ho Chung-yin, directeur associé et professeur au Département de science et d’ingénierie des matériaux (MSE), le professeur Zhao Shijun, au Département de génie mécanique (MNE ) à CityU, et le professeur Lu Yang, ancien professeur en MNE et travaillant actuellement à l’Université de Hong Kong (HKU), a exploré la déformabilité des pérovskites entièrement inorganiques (CsPbX3, où X peut être des ions Cl, Br ou I). Ils ont découvert que les pérovskites peuvent être considérablement transformées en géométries distinctes à température ambiante tout en préservant leurs propriétés fonctionnelles, une réalisation sans précédent dans les semi-conducteurs inorganiques conventionnels.
Dans leurs expériences, l’équipe a d’abord synthétisé des micropiliers monocristallins de CsPbX3 avec des diamètres et des largeurs allant de, 4 à 2 μm et des longueurs de 3 à 10 μm, en utilisant la méthode vapeur-liquide-solide. Ils ont ensuite mené des expériences de compression in situ avec un microscope électronique à balayage.
Ils ont constaté que sous compression, il y avait des glissements continus de dislocations partielles sur des systèmes à glissements multiples dans le réseau cristallin CsPbX3. Ce mécanisme de déformation multi-glissement de kind « domino » a permis aux micropiliers de se déformer en diverses formes distinctes sans se fracturer, notamment en forme de L inversé, en forme de Z et en forme de verre à vin.
À l’aide d’un microscope électronique à transmission (TEM) à résolution atomique, l’équipe a révélé que les atomes dans la zone de déformation étaient bien connectés, conduisant à des propriétés fonctionnelles intactes. « Nous avons également observé que les performances optoélectroniques des micropiliers ne sont pas affectées par la déformation », a déclaré le professeur Ho. « Cela démontre le potentiel de ces matériaux pour une utilisation en optoélectronique déformable. »
L’équipe de recherche a effectué d’autres analyses électroniques et structurelles pour découvrir l’origine physique de ce comportement inhabituel. « Le solution de la capacité de morphing réside dans la barrière énergétique à faible glissement, qui garantit des glissements faciles, et dans les fortes liaisons Pb-X, qui maintiennent l’intégrité structurelle du cristal et empêchent la fissuration ou le clivage », a déclaré le professeur Zhao Shijun, spécialisé dans le domaine du morphing. propriétés des matériaux informatiques. Et la bande interdite – un indice d’énergie influençant les propriétés électriques totales des semi-conducteurs intrinsèques – du réseau cristallin CsPbX3 est restée inchangée après déformation, indiquant que la composition électronique du matériau n’a pas été affectée, a-t-il ajouté.
« Nos résultats ont démontré que les monocristaux entièrement inorganiques de CsPbX3 peuvent être considérablement déformés et facilement transformés en diverses formes par glissement numerous dans des circumstances ambiantes, sans modifier leur intégrité cristalline, leur structure de réseau ou leurs propriétés optoélectroniques », a déclaré le professeur Chen.
« Cette réalisation représente une étape importante vers la conception et la fabrication de dispositifs énergétiques innovants et d’électronique déformable. Le mécanisme sous-jacent, découvert par un Met au niveau atomique, fournit des implications importantes pour la recherche d’autres semi-conducteurs ductiles intrinsèques », a-t-il ajouté.
Les résultats ont été publiés dans Character Components sous le titre « Multislip-enabled morphing of all-inorganic perovskites ».
Les premiers auteurs sont le Dr Li Xiaocui, le Dr Meng You et le Dr Li Wanpeng, postdoctorants au département MSE. Les auteurs correspondants sont le professeur Chen, le professeur Ho, le professeur Zhao et le professeur Lu de HKU. D’autres collaborateurs sont des chercheurs de CityU et de l’Université du Zhejiang.
La recherche est soutenue par le Hong Kong Study Grants Council (RGC), CityU et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine/RGC Hong Kong Joint Investigate Scheme.
