稀土納米晶是發(fā)光材料中的“絕緣寶石”，雖具有巨大的發(fā)光潛力，卻因自身局限無法被電流直接“點亮”，成為其實現(xiàn)光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的根本瓶頸。近日，清華大學(xué)韓三陽副教授團隊與合作者為稀土納米晶設(shè)計了一件獨特的“能量轉(zhuǎn)換外衣”，將能量高效傳遞給稀土納米晶的有機分子界面，為解決電致發(fā)光器件中的研究和應(yīng)用難題帶來了新的突破口。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國際期刊《自然》。
稀土納米晶具有發(fā)光顏色可調(diào)、發(fā)光譜線窄、發(fā)光穩(wěn)定性高等先天優(yōu)勢，通過調(diào)控納米晶內(nèi)部摻雜離子組分可使該材料體系實現(xiàn)廣色域的多色發(fā)光，一直被認(rèn)為是電致發(fā)光材料的“潛力股”。
而電致發(fā)光，能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為光能，是現(xiàn)代顯示技術(shù)和照明技術(shù)的基石。稀土發(fā)光材料，憑借高亮度、長壽命和出色的色彩表現(xiàn)，在照明與顯示技術(shù)的發(fā)展史上曾立下“汗馬功勞”——從節(jié)能燈到陰極射線顯像管等間接激發(fā)應(yīng)用中“點亮”了20世紀(jì)。然而，當(dāng)21世紀(jì)的技術(shù)浪潮轉(zhuǎn)向了以發(fā)光二極管（LED）、有機發(fā)光二極管（OLED）為代表的直流電致發(fā)光器件，性能卓越卻無法直接導(dǎo)電的稀土材料，陷入了“絕緣困境”。
“這就像人在‘穿著棉襖跑步’。”韓三陽解釋道，“稀土材料的絕緣特性，使電流難以注入和傳輸其中，因此其無法像半導(dǎo)體材料那樣被電流直接高效點亮。”盡管科研人員在提升其光致發(fā)光效率方面取得了長足進步，但這個“電流驅(qū)動”的根本瓶頸始終難以突破，嚴(yán)重阻礙了稀土材料在現(xiàn)代光電技術(shù)中的研究和應(yīng)用。
針對上述根本性難題，韓三陽副教授團隊與黑龍江大學(xué)許輝、韓春苗教授團隊和新加坡國立大學(xué)劉小鋼教授團隊聯(lián)合攻關(guān)，創(chuàng)新性地通過表面修飾為稀土納米晶穿上“能量轉(zhuǎn)換外衣”，采用有機-無機雜化策略，精確調(diào)控能級結(jié)構(gòu)，借助配體工程將激子能量高效分配給鑭系離子發(fā)光體，成功解決了電致發(fā)光中激子產(chǎn)生、輸運和注入的核心難題，實現(xiàn)了高色純度、光譜可調(diào)的高效電致發(fā)光。
“這項成果的意義在于，我們不僅讓稀土材料‘通上了電’，更打開了其在現(xiàn)代光電技術(shù)中應(yīng)用的大門。”韓三陽介紹道，多個實驗結(jié)果顯示，這種配體功能化納米晶體平臺在多種波段電致發(fā)光方面具備潛力，特別是在高分辨率、寬色域顯示以及近紅外技術(shù)中，無需大幅改動器件結(jié)構(gòu)，僅通過調(diào)控稀土離子，即可實現(xiàn)多色發(fā)光。
他進一步表示，這項成果未來有望進一步應(yīng)用到人體健康監(jiān)測、無創(chuàng)檢測，乃至開拓農(nóng)作物補光技術(shù)等場景中。
編輯：李華山
