Un enrobage de nanocristaux luminescents produit des écrans polychromes de haute définition et de faible consommation
Les matériaux luminescents ont été utilisés depuis près d’un siècle dans des domaines variés de l’éclairage, de l’imagerie et de la communication par voie optique.
Des terres rares aux modernes halogénures de perovskite, en passant par les semiconducteurs organiques et d’autres dispositifs, ils ont tous présenté un rendement photo-luminescent quantique (en Anglais photoluminescence quantum yield, abrégé en PLQY) d’efficacité limitée. En effet, les émetteurs solides utilisés ne pouvaient à la fois avoir une forte absorption lumineuse et un haut PLQY)
Le rendement quantique externe est EQY = PLQY x Absorption.
Des chercheurs de Seoul National University, Seoul, Republic of Korea, du Department of Materials, Imperial College London, London, UK, du Department of Physics, Cavendish Laboratory et du Department of Conhemical Engineering and Biotechnology, University of Cambridge, Cambridge , UK, de l’ Instituto de Ciencia Molecular (ICMol), Universidad de Valencia, Catedrático José Beltrán, Paterna, Spain, de la Hanyang University ERICA, Ansan, Republic of Korea et de l’ University of Tennessee, Knoxville, TN, USA. ont réussi, en enrobant les halogénures de perovskite dans une structure à plusieurs couches concentriques différentes, à obtenir une forte stabilité de l’élément luminescent ainsi qu’un rendement quantique proche de l’unité. L’utilisation de cristaux d’halogénures de perovskite de l’ordre de grandeur du nanomètre (nanocristaux) permet d’atteindre une définition d’image élevée.
Les nanocristaux colloïdaux de perovskite (PeNC) utilisés ici sont entourés par des couches de PbSO4, de SiO2 et d’un polymère. (Fig.1). Ceci les protège des variations dues à la température et à l’humidité.
Fig.1 Enrobage du réseau de perovskite par des couches concentriques en interaction
Les couches collées entre elles de PbSO4, de SiO2 et de polymère bloquent l’expansion du réseau et stabilisent sa surface. Elles empêchent sa dégradation par la température et l’humidité. Ceci permet aux films de PeNC enrobés de garder un PLQY proche de 1 et entraîne un rendement quantique externe de 91,4% ainsi qu’une stabilité dans le temps T90>3000 heures à 60°C et T90>27000 heures d’exposition à la lumière bleue.
Tiré de A hierarchical shell locks and stabilizes perovskite
nanocrystals with near-unity quantum yield
Qingsen Zeng et al. Science 15 January 2026. Avec autorisation.
On note T90 le temps à partir duquel le PLQY aura diminué de 10%.
Les nanocristaux colloïdaux d’halogénures de perovskite entourés par ces matériaux deviennent stables et insensibles à la température et à l’humidité de leur environnement.
La figure 2 ci-dessous détaille les liaisons de l’enrobage concentrique.
L’APTES (3-triethoxysilylpropylammonium ) assure celle entre PbSO4 et la silice SiO2
Fig.2. Structure de l’enrobage confinant le réseau de perovskite (CsPbBr3, par exemple)
Détails de la structure des coques concentriques de la Fig.1. Dans l’insert de droite, on voit l’image STEM (microscope électronique à transmission à balayage) d’un cœur intérieur typique en perovskite CsPbBr3. L’APTES est le composé 3-triethoxysilylpropylammonium
Tiré de A hierarchical shell locks and stabilizes perovskite
nanocrystals with near-unity quantum yield
Qingsen Zeng et al. Science 15 January 2026. Avec autorisation.
Les nanocristaux d’halogénures métalliques de structure pérovskite absorbent de l’énergie lumineuse à une longueur d’onde déterminée par leur composition chimique et la réémettent. Et cela avec un meilleur rendement et une plus grande pureté de couleur que les matériaux photo-luminescents traditionnels. En contrepartie, leur sensibilité à la température et à l’environnement est bien plus élevée. Et c’est l’enrobage décrit plus haut qui les stabilise et les protège, permettant ainsi leur utilisation.
La figure suivante montre l’étendue de la gamme de couleurs de grande pureté que peuvent fournir ces dispositifs par variation des composants des perovskites :
Fig.3. Etendue de la gamme de couleurs des PeNC enrobés.
(A to C) Image optique des nanocristaux enrobés en lumière du jour (A ), en lumière UV (B) et sous forme de films en lumière UV(C)
(D to F) Images au microscope confocal de films PeNC, respectivement bleu(D), vert(E) et rouge (F).
(G) PLQY pour des PeNC nus (en rose) et pour des PeNC enrobés (en gris).
(H) T90 temps passé sans dégradation au dessous de 60°C et à 90% d’humidité relative (RH)
(I) T90 temps passé sous une lumière bleue au dessous d’une densité surfacique de puissance de 180 W/m2 pour neuf composés typiques de PeNC nus (en rose) et de PeNC enrobés (en gris).
Tiré de A hierarchical shell locks and stabilizes perovskite
nanocrystals with near-unity quantum yield
Qingsen Zeng et al. Science 15 January 2026; Avec autorisation.
Les films de PeNc enrobé gardent les propriétés de résistance au temps, à la température et à l’humidité
.L’ épaisseur utilisée dans les films de cette étude est de 100 µm.
Les chercheurs ont mis au point une stratégie de stabilisation par blocage de l’interface-réseau reposant sur l’enrobage par des couches successives collées entre elles de PbSO4, de SiO2 et d’une couche de polymère. Ceci a pour résultat tant un PQLY élevé qu’une durée de vie commercialement viable pour les solides colloïdaux PeNC enrobés.
Cette technique d’enrobage bloque l’interface, mais aussi le réseau et stabilise la surface. Elle supprime toute déformation due à la lumière ou à la chaleur, préservant les propriétés optiques des contraintes mécaniquess . Pour donner un exemple, les films de la perovskite MAPbBr3 enrobée atteignent un PLQY de 100% (98,6 % en moyenne) et présentent une exceptionnelle stabilité avec un temps de vie de T90 = 3900 heures à 60°C et une humidité relative de 90%. Sous lumière bleue continue T90 atteint même 27234 heures.
Les PeNC enrobés ont une excellente aptitude à l’impression par rouleaux, ce qui permet la réalisation de systèmes d’affichage à haute résolution sur de grandes surfaces.
Pour en savoir plus :
A hierarchical shell locks and stabilizes perovskite
nanocrystals with near-unity quantum yield
Qingsen Zeng et al.
Science 15 January 2026
