【Materials Views】北理工鐘海政課題組：厘米尺寸鈣鈦礦發(fā)光單晶—— 顯示應(yīng)用的新選擇
發(fā)布日期：2018-04-24 供稿：來源：Materials Views 編輯：薛喬丹 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：厘米尺寸鈣鈦礦發(fā)光單晶: 顯示應(yīng)用的新選擇
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顯示是信息領(lǐng)域的重要支柱型產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值超千億美元。與其相關(guān)的新材料，是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代的重要基礎(chǔ)。半導(dǎo)體量子點(diǎn)，兼具無機(jī)半導(dǎo)體能帶調(diào)控的優(yōu)勢和有機(jī)發(fā)光材料的溶液加工特性，成為顯示領(lǐng)域的重要前沿技術(shù)。目前，三星、索尼、TCL、京東方、海信等顯示巨頭都將紛紛加入到量子點(diǎn)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中。值得關(guān)注的是，基于量子點(diǎn)的液晶顯示背光源技術(shù)已經(jīng)成功開始商業(yè)化。然而，目前應(yīng)用主要集中于具有核殼結(jié)構(gòu)的經(jīng)典量子點(diǎn)材料(特別是CdSe類材料)，高質(zhì)量的量子點(diǎn)材料，一般采用高溫?zé)嶙⑷爰夹g(shù)制備，產(chǎn)業(yè)化仍面臨工藝復(fù)雜、成本高等挑戰(zhàn)。因此，尋求滿足液晶應(yīng)用的新材料和新工藝是解決上述挑戰(zhàn)，取得原創(chuàng)性突破技術(shù)的重要思路之一。
與正在產(chǎn)業(yè)化過程中的CdSe類量子點(diǎn)相比，鈣鈦礦量子點(diǎn)具有成本低廉、工藝簡單等特點(diǎn)，在發(fā)光二極管、激光等領(lǐng)域具有優(yōu)勢，受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重點(diǎn)關(guān)注，是一類具有成長潛力的新型顯示材料(http://www.materialsviewschina.com/2015/08/perovskite-quantum-dots-display-material-for-stars-of-the-future/)。北京理工大學(xué)鐘海政課題組是國際上最早開展鈣鈦礦量子點(diǎn)研究的實(shí)驗(yàn)室之一。針對(duì)液晶顯示背光應(yīng)用，他們發(fā)現(xiàn)了有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦材料的“聚集誘導(dǎo)熒光”特性(Adv. Opt. Mater. 2015, 3, 112)；發(fā)明了制備高熒光效率鈣鈦礦量子點(diǎn)的配體輔助再沉淀技術(shù)(授權(quán)中國發(fā)明專利申請(qǐng)：CN104388089B；國際專利申請(qǐng)：PCT/CN2015/092497)，闡明了其富溴表面包覆和激子結(jié)合能增加的高效發(fā)光物理機(jī)制，首次報(bào)道了基于鈣鈦礦量子點(diǎn)高顯色白光LED器件(ACS Nano 2015, 9, 4533)；發(fā)明了鈣鈦礦量子點(diǎn)光學(xué)膜“原位制備技術(shù)”(授權(quán)中國發(fā)明專利：CN104861958A，國際專利申請(qǐng)：PCT/CN2016/082009)，熒光量子效率高達(dá)95%，實(shí)現(xiàn)了高效率、廣色域的白光LED原型器件，色域：121% NTSC 1931，流明效率：109 lm/W (Adv. Mater. 2016, 28, 91633-9168)，通過與TCL、樂凱產(chǎn)學(xué)研合作，開發(fā)了連續(xù)涂敷工藝，在國際上首次展出了搭載鈣鈦礦量子點(diǎn)的液晶電視樣機(jī)(2018全球消費(fèi)電子CES展)。
盡管現(xiàn)有進(jìn)展已經(jīng)表明，鈣鈦礦量子點(diǎn)是一類提升液晶顯示色彩的理想材料，然而鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性仍是未來產(chǎn)品應(yīng)用的最大挑戰(zhàn)之一。最近，北京理工大學(xué)鐘海政課題組發(fā)展了氫溴酸輔助的常溫溶液降溫制備技術(shù)(申請(qǐng)中國發(fā)明專利：CN106883845A)，制備出厘米尺寸的高效率綠色發(fā)光Cs4PbBr6單晶(熒光量子效率：~97%)，這類材料避免了傳統(tǒng)量子點(diǎn)的清洗過程，且具有更加優(yōu)異的穩(wěn)定性，利用該單晶材料、紅光K2SiF6:Mn4+(KSF)熒光粉與藍(lán)光芯片集成，實(shí)現(xiàn)了流明效率151 lm/W色域：90.6% Rec. 2020的高顯色、高效率白光LED原型器件，這是面向液晶顯示背光應(yīng)用的LED器件實(shí)驗(yàn)室最優(yōu)結(jié)果，為進(jìn)一步推動(dòng)鈣鈦礦顯示技術(shù)發(fā)展提供了新的材料選擇。
此外，他們還研究了Cs4PbBr6單晶的生長過程，觀察到單晶生長過程中，發(fā)光從藍(lán)光到綠光的演化過程，結(jié)合電鏡表征和理論計(jì)算，闡明了Cs4PbBr6單晶的發(fā)光主要來自嵌在單晶內(nèi)部的CsPbBr3量子點(diǎn)，而形成量子點(diǎn)嵌入單晶結(jié)構(gòu)的主要原因是初始單晶的化學(xué)計(jì)量比偏移所引起的相轉(zhuǎn)變，上述結(jié)果為解決目前本體材料Cs4PbBr6的發(fā)光機(jī)制爭議，提供了非常有力實(shí)驗(yàn)和理論證據(jù)。
相關(guān)結(jié)果在Advanced Functional Materials（DOI：10.1002/adfm.201706567）上發(fā)表，第一作者為材料學(xué)院的陳小梅同學(xué)，張峰同學(xué)對(duì)合成設(shè)計(jì)有貢獻(xiàn)，葛詠同學(xué)完成了LED器件的制備和表征，黃勝同學(xué)完成了計(jì)算的工作，其他作者參與了材料表征、光譜分析和論文寫作。
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