腾讯体育官网：材料学院在新型量子点材料及其照明显示应用方面取得系列进展
发布日期：2016-01-31 供稿：材料学院 常帅
编辑：材料学院 张博文 审核：陈鹏万 阅读次数：
照明和显示是国民经济的重要支柱型产业，年产值超千亿美元。与其相关的新材料，是推动产业升级换代的重要基础，如日本科学家发明的GaN掺杂技术产生了庞大的白光LED产业，柯达公司发明的有机电致发光(OLED)技术掀起了柔性显示的技术革命。半导体量子点，兼具无机半导体能带调控的优势和有机半导体的加工特性，能够弥补上述技术在面光源照明、高性能显示应用中的不足，成为产业界广泛关注的下一代技术。值得关注的是，基于量子点背光源技术的液晶显示器已经成功走向商业化。然而，目前研究主要限于具有核壳结构的经典量子点材料(特别是CdSe类材料)，高质量量子点材料，一般采用高温热注入技术制备，产业化仍面临工艺复杂、成本高等挑战。因此，寻求新型低成本量子点材料是解决上述挑战，取得原创性突破技术的重要思路。
与正在产业化过程中的CdSe类量子点相比(见表１)，铜铟硫和钙钛矿量子点具有成本低廉、工艺简单等特点，在照明和显示领域具有明显的优势，是极具产业化前景的新材料。已申请中国发明专利12项，其中4项获得授权，正在与京东方、宇极科技等企业单位合作，开发具有商业化前景的低成本量子点照明和显示技术。
（校园网首页图片摘选自网络，非本研究图片）
依托材料学院和纳米光子学北京市重点实验室的研究平台，钟海政教授带领学生，围绕新型量子点材料及其照明显示应用开展研究，通过与邹炳锁教授的密切合作以及校内外的广泛合作，取得了系列研究进展，在国际同行中产生了较大的影响。
针对面光源照明的应用需求，前期研究他们重点发展了低毒、低成本三元铜铟硫(CuInS2)系列量子点材料(其中4篇代表性论文成为ESI高被引论文)，在世界上率先实现了百克量级的小试放大(如图1，授权中国发明专利：ZL 201110259596.3)，制备出高显色性能、高效率的远程白光LED灯具(Nanoscale 2013, 5, 3514；Optics Express 2013, 21, 10105；第十三届大学生“挑战杯”科技发明类一等奖)。最近，发展了高效、快速的配体交换技术，与河南大学申怀彬副教授、长春光机所纪文宇副研究员合作，实现了高效率的电致发光器件(亮度和效率均为此类量子点报道的最高值)，为制备电致发光LED面光源奠定了基础(Chem. Mater. 2016, DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b04480)。
图1 CuInS2量子点的小试放大及其远程白光LED灯具和电致发光显示应用
针对显示应用需求，自2013年开始在国际上率先开展了有机无机杂化钙钛矿量子点材料的研究，与董宇平教授等人合作，发现了钙钛矿材料的聚集诱导荧光特性(Adv. Opt. Mater. 2015, 3, 112 该期刊2014.07-2015.07阅读最多的10篇论文之一)；利用该特性，建立了室温再沉淀和微乳液制备钙钛矿量子点技术(国际专利申请：PCT/CN2015/092497)，获得了颜色可调、发光效率高的钙钛矿量子点材料(见图2)，与华中科技大学韩俊波教授合作，阐明了尺寸减小和有效包覆提高量子点荧光量子产率的物理机制，在此基础上，展示了高显色性的宽色域白光LED原型器件(~130% NTSC标准，重合度~96%，ACS Nano 2015, 9 4533，ESI高被引论文，被Materials View China网站和《科学通报》英文版作为亮点报道)；与加州大学洛杉矶分校(UCLA)的裴启兵教授小组合作，实现了高效率的绿光电致发光LED器件，为钙钛矿材料的电致发光显示提供了新技术路线(ACS Appl. Mater. Interface 2015, 7, 28128，该期刊当月阅读最多的20篇论文之一)。
图2 钙钛矿量子点及其LED应用
与正在产业化过程中的CdSe类量子点相比(见表１)，铜铟硫和钙钛矿量子点具有成本低廉、工艺简单等特点，在照明和显示领域具有明显的优势，是极具产业化前景的新材料。已申请中国发明专利12项，其中4项获得授权，正在与京东方、宇极科技等企业单位合作，开发具有商业化前景的低成本量子点照明和显示技术。
表1 量子点应用性能参数分析
上述进展得到了国家自然科学基金委、科技部973计划、北京市科技新星、北京市青年英才以及校重大项目培育计划、校优秀青年教师资助计划和“青年教师重返母校计划”的支持。近5年来,发表学术论文40篇(其中第一/通讯作者28篇)，被包括Science、Nature Nanotechnology、Nature Communication等国际期刊他人引用>600次，3篇入选ESI高被引论文，受邀在欧洲显示2015年会、美国第228th电化学学会年会显示材料分会等国际会议上，做学术邀请报告10余次。获得北京市科委新材料中心举办的 “纳米之星”创业大赛中团队组(80家团队参赛)第二名。
（校园网首页图片摘选自网络，非本研究图片）
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