北京时间2月20日，国际权威学术期刊《自然》（Nature）在线发表南开大学化学学院教授袁明鉴、中国科学院院士陈军、研究员章炜领衔的科研团队在新型钙钛矿超高清显示技术领域的最新研究进展。 该研究题为“Perovskite heteroepitaxy for high-efficiency and stable pure-red LEDs”。团队针对新型钙钛矿超高清显示技术中纯红光CsPbI3钙钛矿量子点材料相稳定性差这一世界难题，率先提出“外延异质结界面应力操控”策略，首次利用全溶液法实现钙钛矿范德华外延异质结的大面积原位可控制备，成功突破材料稳定性与器件性能双重瓶颈，研发出高效率与高稳定性兼备的纯红光钙钛矿电致发光器件 (LED)，为下一代超高清显示技术发展提供了关键技术支撑，标志着在该领域的重大技术突破。 تمتلك مواد البيروفسكايت مزايا فريدة مثل كفاءة كمية فلورية عالية، ونقاء لوني عالٍ، ونطاق ألوان واسع، مما يجعلها مواد مثالية لتقنيات العرض فائقة الدقة في الجيل القادم. وباعتبارها واحدة من الألوان الأساسية الثلاثة (الأحمر والأخضر والأزرق)، فإن مصابيح LED الحمراء النقية المصنوعة من البيروفسكايت ضرورية لتحقيق أنظمة عرض فائقة الدقة في الجيل القادم التي تفي بمعايير نطاق الألوان فائق الاتساع Rec. 2100. ومع ذلك، ظلت مصابيح LED الحمراء النقية من البيروفسكايت تعاني لفترة طويلة من مشكلة ضعف استقرار المادة. تظهر نقاط الكم من البيروفسكايت CsPbI3 انبعاثًا لفجوة النطاق قابل للضبط حسب الحجم، مما يجعلها مواد مثالية لتحقيق مصابيح LED الحمراء النقية من البيروفسكايت. ومع ذلك، تعاني بيروفسكايت CsPbI3 من ضعف الاستقرار الطوري الجوهري؛ حيث تخضع موادها الضخمة بسهولة لتحولات طورية في درجة حرارة الغرفة، متحولة إلى أطوار غير نشطة ضوئيًا. والأكثر خطورة هو أن نقاط الكم من البيروفسكايت CsPbI3، نظرًا لحجم جسيماتها الصغير جدًا وطاقتها السطحية العالية جدًا، لا يمكنها تقريبًا الوجود بشكل مستقر في درجة حرارة الغرفة. لذلك، فإن فهم آليات التحول الطوري لنقاط الكم من البيروفسكايت غير المستقرة CsPbI3، وتطوير استراتيجيات جديدة لتعزيز الاستقرار الطوري بناءً على هذا الفهم، وتحقيق مصابيح LED الحمراء النقية من البيروفسكايت التي تجمع بين الكفاءة العالية والاستقرار العالي، هو مطلب حتمي لتعزيز تطبيق المواد المضيئة من البيروفسكايت في شاشات العرض فائقة الدقة. الشكل: مواد البنية المجهرية المتغايرة ذات التفاعل فان دير فالس من البيروفسكايت، والأغشية المضيئة، وأجهزة LED المبنية عبر طرق المحلول الكامل في الموقع يقود البروفيسور يوان مينغيان، والأكاديمي تشين جون، والباحثة تشانغ وي فريق بحثي يعمل منذ فترة طويلة في دراسة مواد وأجهزة تحويل كهروضوئية شبه موصلة عالية الأداء. خلال الاستكشاف المستمر لمواد كهروضوئية من البيروفسكايت عالية الكفاءة وعالية الاستقرار، اكتشف فريق البحث أن التحكم في إجهاد الشبكة البلورية لتحقيق تشوه محلي في الشبكة البلورية للبيروفسكايت يمكن أن يعزز بشكل كبير من استقرار الطور للمواد البيروفسكايتية غير المستقرة. استنادًا إلى هذه الاكتشافات، استخدم فريق البحث تصميم وهيكلة الجزيئات الربيطية للتحكم في نشر لأول مرة استراتيجية جديدة تستخدم طريقة المحلول الكامل في الموقع لتحضير هياكل مجهرية متغايرة ذات تفاعل فان دير فالس من البيروفسكايت لتعزيز استقرار الطور لنقاط الكم من البيروفسكايت. بالجمع بين توصيف المجهر الإلكتروني النافذ المصحح للأخطاء مع أبحاث نظرية دالة الكثافة، كشف فريق البحث لأول مرة عن الآلية التي يتحكم بها الإجهاد السطحي في الهياكل المجهرية المتغايرة ذات التفاعل فان دير فالس من البيروفسكايت في الهيكل الشبكي لنقاط الكم من البيروفسكايت . تُظهر الأبحاث أن التشوه الشبكي الناتج عن الإجهاد السطحي يمكن أن يثبط بفعالية عملية التحول الطوري لنقاط الكم من البيروفسكايت CsPbI3، مما يعزز بشكل كبير من استقرار المادة. تُظهر الأغشية الموصلة لنقاط الكم من البيروفسكايت CsPbI3 المستخرجة استقرارًا وخصائص كهروضوئية ممتازة. على هذا الأساس، نجح الفريق في تطوير مصابيح LED حمراء نقية من البيروفسكايت تجمع بين الأداء والمستوى العالمي والاستقرار، مما حل مشكلة الاختناق التي كانت تعصف بهذا المجال لفترة طويلة . يستند هذا البحث إلى التخصصات الأساسية في الكيمياء ، وجمع قوى متعددة التخصصات في المواد والفيزياء وأجهزة أشباه الموصلات . وقد طور تقنيات متقدمة لتمثيل البنية بالمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، محققًا إنشاء هياكل إبيتاكسية جديدة من نوع فان دير فالس في البيروفسكايت. وقد تغلب على التحدي الأساسي لاستقرار مواد الصمام الثنائي الباعث للضوء الأحمر النقي من البيروفسكايت، مع إمكانية دفع الابتكار التكنولوجي في صناعة العرض فائق الوضوح . تم قيادة هذا العمل بواسطة جامعة نانكاي، وتم إنجازه بالتعاون مع ثماني مؤسسات محلية ودولية بما في ذلك الجامعة العادية ببيجينغ، وجامعة هونغ كونغ، ومعهد لوزان الاتحادي للتكنولوجيا، وجامعة الملك سعود، إلخ، تعتبر جامعة نانكاي الوحدة الأولى المكتملة والوحدة الوحيدة المسؤولة عن هذه الورقة . 化学学院博士研究生韦科妤、周峒和特聘研究员姜源植为该论文共同第一作者。袁明鉴教授、陈军院士、章炜研究员为该论文通讯作者。袁明鉴教授负责材料与器件的整体设计，陈军院士主要负责分子结构设计与表征平台建设，章炜研究员负责透射电镜表征工作。 حصلت أعمال البحث المذكورة أعلاه على دعم من صندوق العلوم الوطنية للعلماء الشباب المتميزين، صندوق العلوم الطبيعية الوطني للصين مشاريع المجموعات المبتكرة، وتم تنفيذها بالاستناد إلى منصات مثل المختبر الوطني الرئيسي لمصادر الطاقة الكيميائية الخاصة، ومركز العلوم الحدودية لخلق مواد عضوية جديدة، ومختبر هايه وو تشوانغ .
