2月20日，《自然》（Nature）在線發(fā)表南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授袁明鑒、中國(guó)科學(xué)院院士陳軍、研究員章煒領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在新型鈣鈦礦超高清顯示技術(shù)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展。
該項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)新型鈣鈦礦超高清顯示技術(shù)中純紅光三碘化鉛銫（CsPbI?）鈣鈦礦量子點(diǎn)材料相穩(wěn)定性差這一世界難題，率先提出“外延異質(zhì)結(jié)界面應(yīng)力操控”策略，首次利用全溶液法實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦范德華外延異質(zhì)結(jié)的大面積原位可控制備，成功突破材料穩(wěn)定性與器件性能雙重瓶頸，研發(fā)出高效率與高穩(wěn)定性兼?zhèn)涞募兗t光鈣鈦礦電致發(fā)光器件(LED)，為下一代超高清顯示技術(shù)發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，標(biāo)志著在該領(lǐng)域的重大技術(shù)突破。
據(jù)了解，鈣鈦礦材料具有熒光量子產(chǎn)率高、色純度高、色域廣等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是下一代超高清顯示技術(shù)的理想材料。作為紅、綠、藍(lán)三基色之一，純紅光鈣鈦礦LED對(duì)實(shí)現(xiàn)滿足Rec. 2100超廣色域標(biāo)準(zhǔn)的下一代超高清顯示系統(tǒng)至關(guān)重要。然而，純紅光鈣鈦礦LED長(zhǎng)期受困于材料穩(wěn)定性差的難題。
CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)具有尺寸依賴的可調(diào)帶隙發(fā)光，是實(shí)現(xiàn)純紅光鈣鈦礦LED的理想材料。然而，CsPbI3鈣鈦礦本征相穩(wěn)定性較差，其體相材料在室溫下就易發(fā)生相轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化為非光學(xué)活性相。
更重要的是，CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)由于粒徑極小、表面能極大，導(dǎo)致其在室溫下幾乎無(wú)法穩(wěn)定存在。因此，理解亞穩(wěn)態(tài)CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)相轉(zhuǎn)變機(jī)制，在此基礎(chǔ)上發(fā)展高效相穩(wěn)定性提升新策略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效與高穩(wěn)定兼?zhèn)涞募兗t光鈣鈦礦LED，是推動(dòng)鈣鈦礦發(fā)光材料在超高清顯示應(yīng)用的必然需求。
袁明鑒、陳軍、章煒帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事高性能半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換材料及器件研究。在持續(xù)探索高效高穩(wěn)定性鈣鈦礦光電材料的過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)通過(guò)晶格應(yīng)力操控實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦局部晶格扭曲，可以顯著增強(qiáng)亞穩(wěn)態(tài)鈣鈦礦材料的相穩(wěn)定性。
基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用配體分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)控，首次報(bào)道了一種全溶液法原位制備鈣鈦礦范德華外延異質(zhì)結(jié)以提升鈣鈦礦量子點(diǎn)相穩(wěn)定性的全新策略。結(jié)合球差校正透射電鏡表征與密度泛函理論研究，研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了鈣鈦礦外延異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面應(yīng)力對(duì)鈣鈦礦量子點(diǎn)晶格結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制。
研究表明，界面應(yīng)力誘導(dǎo)的晶格扭曲可以有效抑制CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)的相轉(zhuǎn)變過(guò)程，顯著提升材料的穩(wěn)定性。所獲得的CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)導(dǎo)電薄膜具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和光電性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了兼具世界一流性能及穩(wěn)定性的純紅光鈣鈦礦LED，解決了長(zhǎng)期困擾該領(lǐng)域的瓶頸問(wèn)題。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08503-9
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