?高能效的發(fā)光二極管（LED）在我們的日常生活中已經(jīng)使用了幾十年。但是，為了追求更好的LED，既能降低成本，又能提供更亮的顏色，科學(xué)家們最近發(fā)現(xiàn)了一種叫做過(guò)氧化物的材料。最近由香港城市大學(xué)（CityU）的科學(xué)家共同領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)聯(lián)合研究項(xiàng)目，已經(jīng)開發(fā)出一種用于最高效LED的二維過(guò)氧化物材料。





從家庭照明到手機(jī)顯示屏，從內(nèi)窺鏡手術(shù)所需的精確照明，到太空種菜的光源，LED無(wú)處不在。然而，目前高品質(zhì)的LED仍然需要在高溫下進(jìn)行加工，并使用復(fù)雜的沉積技術(shù)，這使得其生產(chǎn)成本昂貴。


科學(xué)家們最近意識(shí)到，金屬鹵化物過(guò)氧化物--與鈦酸鈣礦物結(jié)構(gòu)相同，但具有另一種元素成分的半導(dǎo)體材料--是下一代LED極有希望的候選材料。這些過(guò)氧化物可以在室溫下從溶液中加工成LED，從而在很大程度上降低了其生產(chǎn)成本。然而，LED中的過(guò)氧化物的電致發(fā)光性能仍有改進(jìn)的空間。


在城大材料科學(xué)與工程系講席教授Andrey Rogach教授和他的合作者上海大學(xué)楊學(xué)勇教授的帶領(lǐng)下，該團(tuán)隊(duì)找到了一種調(diào)光開關(guān)：他們可以將過(guò)氧化物的一次發(fā)光變成更亮的光！他們的研究結(jié)果表明，過(guò)氧化物在LED中的應(yīng)用是非常廣泛的。


他們利用二維（2-D）過(guò)氧化物（又稱Ruddlesden Popper過(guò)氧化物），成功實(shí)現(xiàn)了非常高效和明亮的LED，基于這種過(guò)氧化物的器件在電流效率和外部量子效率上的表現(xiàn)都是報(bào)道中最好的。目前，這項(xiàng)工作已經(jīng)使過(guò)氧化物L(fēng)ED緊跟目前的有機(jī)LED等商用顯示技術(shù)。


他們的研究成果發(fā)表在科學(xué)雜志《自然通訊》上。


強(qiáng)大變化的關(guān)鍵在于加入10%左右的簡(jiǎn)單有機(jī)分子，即甲磺酸（MeS）。


在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)使用的二維過(guò)氧化物具有納米級(jí)的厚度。MeS重構(gòu)了2-D過(guò)氧化物納米片的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也增強(qiáng)了不同厚度的片材之間的激子能量傳遞。這兩種變化都大大增強(qiáng)了2-D結(jié)構(gòu)內(nèi)較厚的綠色發(fā)光過(guò)氧化物薄片的電致發(fā)光能力。


MeS對(duì)減少二維過(guò)氧化物結(jié)構(gòu)中的缺陷數(shù)量也很有用。在光的產(chǎn)生過(guò)程中，發(fā)生了輻射性重組，部分過(guò)程所需的激子將 "浪費(fèi) "在不產(chǎn)生光的非輻射性重組中。MeS減少了不協(xié)調(diào)的Pb2+陽(yáng)離子的數(shù)量，而Pb2+陽(yáng)離子是激子進(jìn)行非輻射重組的原因，確保更多的激子參與光的產(chǎn)生。


為生產(chǎn)更好的LED而進(jìn)行的研究結(jié)果令人鼓舞。在5.5V的低施加電壓下，亮度達(dá)到13400candela/m2，外部量子效率達(dá)到20.5%。這接近于許多現(xiàn)有LED技術(shù)所能達(dá)到的最高值，并且比他們兩年前的研究報(bào)告中10.5%的外部量子效率水平幾乎翻了一番。


"我所在的城大團(tuán)隊(duì)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)就將過(guò)氧化物材料的專業(yè)知識(shí)積累到了一個(gè)非常高的水平，這要?dú)w功于Croucher基金會(huì)高級(jí)研究員的資金支持。而且我們已經(jīng)看到了效益，特別是在最新發(fā)表的成果中詳細(xì)說(shuō)明。"Rogach教授說(shuō)。


"已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的高亮度、優(yōu)秀的色彩純度和商業(yè)級(jí)的運(yùn)行效率標(biāo)志著2-D過(guò)氧化物是未來(lái)商業(yè)LED的一種極具吸引力的材料，也有可能成為顯示技術(shù)。這是對(duì)新型納米尺度材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的具體成果 "他補(bǔ)充道。