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。 Perowskit-Materialien bieten einzigartige Vorteile wie hohe Fluoreszenz-Quantenausbeute, hohe Farbreinheit und einen weiten Farbraum, was sie zu idealen Materialien für die nächste Generation von Ultra-HD-Anzeigetechnologien macht. Als eine der drei Grundfarben (Rot, Grün, Blau) sind reine rote Perowskit-LEDs entscheidend für die Realisierung von Ultra-HD-Anzeigesystemen der nächsten Generation, die den Standard für ultraweiten Farbraum Rec. 2100 erfüllen. Allerdings waren reine rote Perowskit-LEDs lange Zeit durch das Problem der schlechten Materialstabilität beeinträchtigt. CsPbI3 Perowskit-Quantenpunkte zeigen eine größenabhängige Bandlücken-Emission, was sie zu idealen Materialien für die Realisierung reiner roter Perowskit-LEDs macht. Allerdings leiden CsPbI3 Perowskite unter einer geringen intrinsischen Phasenstabilität; ihre Volumenmaterialien gehen bei Raumtemperatur leicht Phasenübergänge ein und wandeln sich in nicht-optisch aktive Phasen um. Noch kritischer ist, dass CsPbI3 Perowskit-Quantenpunkte aufgrund ihrer extrem kleinen Partikelgröße und extrem hohen Oberflächenenergie bei Raumtemperatur kaum stabil existieren können. Daher ist das Verständnis der Phasenübergangsmechanismen metastabiler CsPbI3 Perowskit-Quantenpunkte, die Entwicklung neuer Strategien zur Verbesserung der Phasenstabilität auf dieser Grundlage und damit die Realisierung reiner roter Perowskit-LEDs, die hohe Effizienz mit hoher Stabilität kombinieren, eine unvermeidliche Anforderung für die Förderung der Anwendung von Perowskit-Leuchtmaterialien in Ultra-HD-Anzeigen. Abbildung: Van-der-Waals-Epitaxie-Heterostrukturmaterialien aus Perowskit, lichtemittierende Filme und LED-Bauteile, die über All-Lösungs-In-situ-Methoden hergestellt wurden Professor Yuan Mingjian, Akademiker Chen Jun und Forscherin Zhang Wei leiten ein Forschungsteam, das sich seit langem mit der Erforschung hochleistungsfähiger Halbleiter-Opto-Elektronik-Umwandlungsmaterialien und -Bauelemente beschäftigt. Während der kontinuierlichen Erforschung hocheffizienter und hochstabiler Perowskit-Opto-Elektronik-Materialien entdeckte das Forschungsteam, dass die Manipulation von Gitterspannungen zur Erzielung lokaler Gitterverzerrungen in Perowskiten die Phasenstabilität metastabiler Perowskit-Materialien signifikant verbessern kann. Basierend auf diesen Erkenntnissen nutzte das Forschungsteam das Design und die Regulation von Ligandmolekülstrukturen, um erstmals eine neue Strategie vorzustellen, die eine All-Lösungs-In-situ-Methode zur Herstellung von Perowskit-Van-der-Waals-Epitaxie-Heterostrukturen zur Verbesserung der Phasenstabilität von Perowskit-Quantenpunkten verwendet. Durch die Kombination von Charakterisierungen mit abberationskorrigierter Transmissionselektronenmikroskopie und Dichtefunktionaltheorie-Forschungen enthüllte das Forschungsteam erstmals den Mechanismus, durch den Grenzflächenspannungen in Perowskit-Epitaxie-Heterostrukturen die Gitterstruktur von Perowskit-Quantenpunkten regulieren . Forschungen zeigen, dass durch Grenzflächenspannung induzierte Gitterverzerrungen den Phasenübergangsprozess von CsPbI3 Perowskit-Quantenpunkten effektiv unterdrücken und die Materialstabilität erheblich verbessern können. Die erhaltenen leitfähigen Filme von CsPbI3 Perowskit-Quantenpunkten weisen hervorragende Stabilität und optoelektronische Eigenschaften auf. Auf dieser Grundlage entwickelte das Team erfolgreich reine rote Perowskit-LEDs, die weltklasse Leistung und Stabilität kombinieren, und löste damit das Engpassproblem, das dieses Feld lange Zeit geplagt hat . Diese Studie basiert auf grundlegenden chemischen Disziplinen , vereint multidisziplinäre Stärken in den Bereichen Materialien, Physik und Halbleiterbauelemente . Sie hat fortschrittliche Techniken zur strukturellen Charakterisierung mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) entwickelt und die Schaffung neuer van-der-Waals-Epitaxie-Heterostrukturen in Perowskiten ermöglicht. Sie hat das Kernproblem der Stabilität von rein roten Perowskit-LED-Materialien gelöst und könnte die technologische Innovation in der Ultra-HD-Display-Industrie weiter vorantreiben . Diese Arbeit wurde von der Universität Nankai geleitet und gemeinsam mit acht nationalen und internationalen Institutionen einschließlich der Pädagogischen Universität Peking, der Universität Hongkong, dem EPFL, der König-Saud-Universität usw. durchgeführt, die Universität Nankai ist die erste abschließende Einheit und die einzige korrespondierende Einheit für diesen Artikel . 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。 Die oben genannte Forschungsarbeit erhielt Unterstützung vom Nationalen Wissenschaftsfonds für hervorragende junge Wissenschaftler, der Nationalen Naturwissenschaftlichen Stiftung Chinas Innovationsgruppenprojekten, und wurde unter Rückgriff auf Plattformen wie das Staatliche Schlüssellabor für spezielle chemische Energiequellen, das Grenzwissenschaftszentrum für die Schaffung neuer organischer Substanzen und das Wuchuang-Haihe-Laboratorium durchgeführt.
Quelle: Medienkonvergenzzentrum der Universität Nankai
