北理工材料學院在新型量子點材料及其照明顯示應用方面取得系列進展
發布日期：2016-01-31 供稿：材料學院 常帥
編輯：材料學院 張博文 審核：陳鵬萬 閱讀次數：
照明和顯示是國民經濟的重要支柱型產業，年產值超千億美元。與其相關的新材料，是推動產業升級換代的重要基礎，如日本科學家發明的GaN摻雜技術產生了龐大的白光LED產業，柯達公司發明的有機電致發光(OLED)技術掀起了柔性顯示的技術革命。半導體量子點，兼具無機半導體能帶調控的優勢和有機半導體的加工特性，能夠彌補上述技術在面光源照明、高性能顯示應用中的不足，成為產業界廣泛關注的下一代技術。值得關注的是，基于量子點背光源技術的液晶顯示器已經成功走向商業化。然而，目前研究主要限于具有核殼結構的經典量子點材料(特別是CdSe類材料)，高質量量子點材料，一般采用高溫熱注入技術制備，產業化仍面臨工藝復雜、成本高等挑戰。因此，尋求新型低成本量子點材料是解決上述挑戰，取得原創性突破技術的重要思路。
與正在產業化過程中的CdSe類量子點相比(見表１)，銅銦硫和鈣鈦礦量子點具有成本低廉、工藝簡單等特點，在照明和顯示領域具有明顯的優勢，是極具產業化前景的新材料。已申請中國發明專利12項，其中4項獲得授權，正在與京東方、宇極科技等企業單位合作，開發具有商業化前景的低成本量子點照明和顯示技術。
（校園網首頁圖片摘選自網絡，非本研究圖片）
依托材料學院和納米光子學北京市重點實驗室的研究平臺，鐘海政教授帶領學生，圍繞新型量子點材料及其照明顯示應用開展研究，通過與鄒炳鎖教授的密切合作以及校內外的廣泛合作，取得了系列研究進展，在國際同行中產生了較大的影響。
針對面光源照明的應用需求，前期研究他們重點發展了低毒、低成本三元銅銦硫(CuInS2)系列量子點材料(其中4篇代表性論文成為ESI高被引論文)，在世界上率先實現了百克量級的小試放大(如圖1，授權中國發明專利：ZL 201110259596.3)，制備出高顯色性能、高效率的遠程白光LED燈具(Nanoscale 2013, 5, 3514；Optics Express 2013, 21, 10105；第十三屆大學生“挑戰杯”科技發明類一等獎)。最近，發展了高效、快速的配體交換技術，與河南大學申懷彬副教授、長春光機所紀文宇副研究員合作，實現了高效率的電致發光器件(亮度和效率均為此類量子點報道的最高值)，為制備電致發光LED面光源奠定了基礎(Chem. Mater. 2016, DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b04480)。
圖1 CuInS2量子點的小試放大及其遠程白光LED燈具和電致發光顯示應用
針對顯示應用需求，自2013年開始在國際上率先開展了有機無機雜化鈣鈦礦量子點材料的研究，與董宇平教授等人合作，發現了鈣鈦礦材料的聚集誘導熒光特性(Adv. Opt. Mater. 2015, 3, 112 該期刊2014.07-2015.07閱讀最多的10篇論文之一)；利用該特性，建立了室溫再沉淀和微乳液制備鈣鈦礦量子點技術(國際專利申請：PCT/CN2015/092497)，獲得了顏色可調、發光效率高的鈣鈦礦量子點材料(見圖2)，與華中科技大學韓俊波教授合作，闡明了尺寸減小和有效包覆提高量子點熒光量子產率的物理機制，在此基礎上，展示了高顯色性的寬色域白光LED原型器件(~130% NTSC標準，重合度~96%，ACS Nano 2015, 9 4533，ESI高被引論文，被Materials View China網站和《科學通報》英文版作為亮點報道)；與加州大學洛杉磯分校(UCLA)的裴啟兵教授小組合作，實現了高效率的綠光電致發光LED器件，為鈣鈦礦材料的電致發光顯示提供了新技術路線(ACS Appl. Mater. Interface 2015, 7, 28128，該期刊當月閱讀最多的20篇論文之一)。
圖2 鈣鈦礦量子點及其LED應用
與正在產業化過程中的CdSe類量子點相比(見表１)，銅銦硫和鈣鈦礦量子點具有成本低廉、工藝簡單等特點，在照明和顯示領域具有明顯的優勢，是極具產業化前景的新材料。已申請中國發明專利12項，其中4項獲得授權，正在與京東方、宇極科技等企業單位合作，開發具有商業化前景的低成本量子點照明和顯示技術。
表1 量子點應用性能參數分析
上述進展得到了國家自然科學基金委、科技部973計劃、北京市科技新星、北京市青年英才以及校重大項目培育計劃、校優秀青年教師資助計劃和“青年教師重返母校計劃”的支持。近5年來,發表學術論文40篇(其中第一/通訊作者28篇)，被包括Science、Nature Nanotechnology、Nature Communication等國際期刊他人引用>600次，3篇入選ESI高被引論文，受邀在歐洲顯示2015年會、美國第228th電化學學會年會顯示材料分會等國際會議上，做學術邀請報告10余次。獲得北京市科委新材料中心舉辦的 “納米之星”創業大賽中團隊組(80家團隊參賽)第二名。
（校園網首頁圖片摘選自網絡，非本研究圖片）
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