Fotodetectores de nanofios de perovskita ultrassensíveis e flexíveis com estabilidade a longo prazo superior a 5000 horas - Ciência e Engenharia de Materiais

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sexta-feira, 7 de outubro de 2022

Fotodetectores de nanofios de perovskita ultrassensíveis e flexíveis com estabilidade a longo prazo superior a 5000 horas

 

Resumo: Os fotodetectores baseados em nanofios de perovskita estão entre as tecnologias de fotodetecção de próxima geração mais promissoras. Entretanto, apresenta baixa estabilidade a longo prazo e é o maior desafio que limita sua aplicação comercial. O artigo apresenta um líquido iônico, que é incorporado como aditivo em nanofios.


Ao longo dos últimos anos, o desempenho dos fotodetectores (PDs - Photodetectors) de nanofios de perovskita melhorou e agora é equivalente ou até superior ao dos fotodiodos de silício comerciais padrão.. É amplamente reconhecido pela comunidade científica que a baixa estabilidade a longo prazo desses PDs é o maior desafio que limita sua aplicação comercial. Embora a estabilidade a longo prazo dos nanofios de perovskita tenha melhorado usando estratégias difundidas pela comunidade, os resultados ainda são inadequados e longe de satisfazer os requisitos para aplicação comercial.


O artigo apresenta a pesquisa em um líquido iônico: tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio (BMIMBF4). Sendo usado como um aditivo na fabricação de nanofios de triiodeto de chumbo de metilamônio (MAPbI3), o que resultou em PDs de nanofios com estabilidade e desempenho adequados a longo prazo. Neste caso, o nanofio não apresentou degradação de desempenho após ser exposto ao ar livre por mais de 5.000 horas.


Figura 1: (A) A estrutura química do líquido iônico BMIMBF 4. (B) Imagem MEV - microscópio eletrônico de varredura do nanofio de MAPbI3 com BMIMBF4. Fonte: (Wu et al. 2022).

 

O artigo cita que a alta estabilidade do dispositivo, tanto no início do procedimento de produção quanto durante o processo é extremamente crucial, além dos requisitos de desempenho aprimorados do dispositivo. Além disso, os parâmetros que controlam essa estabilidade ainda continuam em estudo pelo grupo.


Os autores afirmam que a aplicabilidade do PD de nanofios MAPbI3 ultra sensível e ultra estável fabricado com o aditivo BMIMBF4 é grande no campo da imagem de reflexão difusa. Uma fotografia comparativa do sistema de imagem difuso construído pelo grupo é mostrada a seguir.



Figura 2: Comparativo entre imagens de reflexão difusa de um contorno de borboleta pelo (A) fotodiodo de silício comercial S2386 e (B) fotodetector desenvolvido pelo grupo. Fonte: (Wu et al. 2022).



O artigo mostrou que o dispositivo pode reter 100% do desempenho inicial após ser exposto a um ambiente ao ar livre por mais de 5.000 horas, sendo o fotodetector de nanofios de perovskita mais estável relatado até o momento. Além disso, o dispositivo flexível fabricado pelos autores, com o aditivo BMIMBF4, também apresentou desempenho e flexibilidade mecânica notáveis que são especificados no artigo.


Os autores concluem que esses resultados demonstraram que a introdução de aditivos líquidos iônicos em perovskitas é uma abordagem promissora para a preparação de PDs flexíveis, ultra estáveis e ultra sensíveis, que promovem consideravelmente as aplicações práticas e a comercialização de PDs de perovskita.






Referência:
D. Wu, Y. Xu, H. Zhou, X. Feng, J. Zhang, X. Pan, Z. Gao, R. Wang, G. Ma, L. Tao, H. Wang, J. Duan, H. Wan, J. Zhang, L. Shen, H. Wang, T. Zhai. Ultrasensitive, flexible perovskite nanowire photodetectors with long-term stability exceeding 5000 h. InfoMat. 2022;4(9):e12320. doi:10.1002/inf2.1232012.


Redação: Rafael Andrade Taveira - Engenharia de Materiais - UNILA