【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)：
原文標題：厘米尺寸鈣鈦礦發(fā)光單晶: 顯示應用的新選擇
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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，是推動產(chǎn)業(yè)升級換代的重要基礎(chǔ)。半導體量子點，兼具無機半導體能帶調(diào)控的優(yōu)勢和有機發(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的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程中。值得關(guān)注的是，基于量子點的液晶顯示背光源技術(shù)已經(jīng)成功開始商業(yè)化。然而，目前應用主要集中于具有核殼結(jié)構(gòu)的經(jīng)典量子點材料(特別是CdSe類材料)，高質(zhì)量的量子點材料，一般采用高溫熱注入技術(shù)制備，產(chǎn)業(yè)化仍面臨工藝復雜、成本高等挑戰(zhàn)。因此，尋求滿足液晶應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類量子點相比，鈣鈦礦量子點具有成本低廉、工藝簡單等特點，在發(fā)光二極管、激光等領(lǐng)域具有優(yōu)勢，受到了學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重點關(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/)。北京理工大學鐘海政課題組是國際上最早開展鈣鈦礦量子點研究的實驗室之一。針對液晶顯示背光應用，他們發(fā)現(xiàn)了有機-無機鈣鈦礦材料的“聚集誘導熒光”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的配體輔助再沉淀技術(shù)(授權(quán)中國發(fā)明專利申請：CN104388089B；國際專利申請：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)光物理機制，首次報道了基于鈣鈦礦量子點高顯色白光LED器件(ACS Nano 2015, 9, 4533)；發(fā)明了鈣鈦礦量子點光學膜“原位制備技術(shù)”(授權(quán)中國發(fā)明專利：CN104861958A，國際專利申請：PCT/CN2016/082009)，熒光量子效率高達95%，實現(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的液晶電視樣機(2018全球消費電子CES展)。
盡管現(xiàn)有進展已經(jīng)表明，鈣鈦礦量子點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)品應用的最大挑戰(zhàn)之一。最近，北京理工大學鐘海政課題組發(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)熒光粉與藍光芯片集成，實現(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用的LED器件實驗室最優(yōu)結(jié)果，為進一步推動鈣鈦礦顯示技術(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)光從藍光到綠光的演化過程，結(jié)合電鏡表征和理論計算，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，而形成量子點嵌入單晶結(jié)構(gòu)的主要原因是初始單晶的化學計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)光機制爭議，提供了非常有力實驗和理論證據(jù)。
相關(guān)結(jié)果在Advanced Functional Materials（DOI：10.1002/adfm.201706567）上發(fā)表，第一作者為材料學院的陳小梅同學，張峰同學對合成設(shè)計有貢獻，葛詠同學完成了LED器件的制備和表征，黃勝同學完成了計算的工作，其他作者參與了材料表征、光譜分析和論文寫作。
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