?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)導的一個(gè)聯(lián)合研究項目，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種用于最高效LED的二維過(guò)氧化物材料。





從家庭照明到手機顯示屏，從內窺鏡手術(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)家們最近意識到，金屬鹵化物過(guò)氧化物--與鈦酸鈣礦物結構相同，但具有另一種元素成分的半導體材料--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A(yíng)ndrey 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，該團隊找到了一種調光開(kāi)關(guān)：他們可以將過(guò)氧化物的一次發(fā)光變成更亮的光！他們的研究結果表明，過(guò)氧化物在LED中的應用是非常廣泛的。


他們利用二維（2-D）過(guò)氧化物（又稱(chēng)Ruddlesden Popper過(guò)氧化物），成功實(shí)現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都是報道中最好的。目前，這項工作已經(jīng)使過(guò)氧化物L(fēng)ED緊跟目前的有機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。


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


在這項研究中，該團隊使用的二維過(guò)氧化物具有納米級的厚度。MeS重構了2-D過(guò)氧化物納米片的結構，同時(shí)也增強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了2-D結構內較厚的綠色發(fā)光過(guò)氧化物薄片的電致發(fā)光能力。


MeS對減少二維過(guò)氧化物結構中的缺陷數量也很有用。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 "在不產(chǎn)生光的非輻射性重組中。MeS減少了不協(xié)調的Pb2+陽(yáng)離子的數量，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)行的研究結果令人鼓舞。在5.5V的低施加電壓下，亮度達到13400candela/m2，外部量子效率達到20.5%。這接近于許多現有LED技術(shù)所能達到的最高值，并且比他們兩年前的研究報告中10.5%的外部量子效率水平幾乎翻了一番。


"我所在的城大團隊在相對較短的時(shí)間內就將過(guò)氧化物材料的專(zhuān)業(yè)知識積累到了一個(gè)非常高的水平，這要歸功于Croucher基金會(huì )高級研究員的資金支持。而且我們已經(jīng)看到了效益，特別是在最新發(fā)表的成果中詳細說(shuō)明。"Rogach教授說(shuō)。


"已經(jīng)實(shí)現的高亮度、優(yōu)秀的色彩純度和商業(yè)級的運行效率標志著(zhù)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)。這是對新型納米尺度材料的基礎研究和應用研究的具體成果 "他補充道。

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