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”，成為其實現光電技術產業(yè)化應用的根本瓶頸。近日，清華大學韓三陽副教授團隊與黑龍江大學許輝、韓春苗教授團隊和新加坡國立大學劉小鋼教授團隊聯合攻關，為稀土納米晶設計了一件獨特的“能量轉換外衣”，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用難題帶來了新的突破口。相關研究成果在線發(fā)表于國際學術期刊《自然》。

稀土納米晶具有發(fā)光顏色可調、發(fā)光譜線窄、發(fā)光穩(wěn)定性高等先天優(yōu)勢，通過調控納米晶內部摻雜離子組分可使該材料體系實現廣色域的多色發(fā)光，一直被認為是電致發(fā)光材料的“潛力股”。

而電致發(fā)光，能夠將電能直接轉換為光能，是現代顯示技術和照明技術的基石。稀土發(fā)光材料，憑借高亮度、長壽命和出色的色彩表現，在照明與顯示技術的發(fā)展史上曾立下“汗馬功勞”。然而，當 21 世紀的技術浪潮轉向了以發(fā)光二極管、有機發(fā)光二極管為代表的直流電致發(fā)光器件，性能卓越卻無法直接導電的稀土材料，陷入了“絕緣困境”。

“這就像人在‘穿著棉襖跑步’?！表n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，因此其無法像半導體材料那樣被電流直接高效點亮?！北M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“電流驅動”的根本瓶頸始終難以突破，嚴重阻礙了稀土材料在現代光電技術中的研究和應用。

針對上述根本性難題，團隊創(chuàng)新性地通過表面修飾為稀土納米晶穿上“能量轉換外衣”，采用有機—無機雜化策略，精確調控能級結構，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)光中激子產生、輸運和注入的核心難題，實現了高色純度、光譜可調的高效電致發(fā)光。

“這項成果的意義在于，我們不僅讓稀土材料‘通上了電’，更打開了其在現代光電技術中應用的大門。”韓三陽進一步表示，這項成果未來有望進一步應用到人體健康監(jiān)測、無創(chuàng)檢測，乃至開拓農作物補光技術等場景中。

來源：科普中國