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。 Materiais de perovskita possuem vantagens únicas, como alta eficiência quântica de fluorescência, alta pureza de cor e ampla gama de cores, tornando-os materiais ideais para a próxima geração de tecnologias de exibição ultra-alta definição. Como uma das três cores primárias (vermelho, verde, azul), os LEDs de perovskita vermelha pura são essenciais para realizar sistemas de exibição ultra-alta definição de próxima geração que atendam ao padrão de gama de cores ultra-ampla Rec. 2100. No entanto, os LEDs de perovskita vermelha pura têm sido historicamente limitados pelo desafio da baixa estabilidade do material. Os pontos quânticos de perovskita CsPbI3 apresentam emissão de banda proibida sintonizável por tamanho, tornando-os materiais ideais para alcançar LEDs de perovskita vermelha pura. No entanto, as perovskitas CsPbI3 sofrem com baixa estabilidade de fase intrínseca; seus materiais em massa sofrem facilmente transições de fase à temperatura ambiente, convertendo-se em fases não opticamente ativas. Mais criticamente, os pontos quânticos de perovskita CsPbI3, devido ao seu tamanho de partícula extremamente pequeno e energia superficial extremamente alta, quase não conseguem existir de forma estável à temperatura ambiente. Portanto, compreender os mecanismos de transição de fase dos pontos quânticos de perovskita metaestáveis CsPbI3, desenvolver novas estratégias para melhorar a estabilidade de fase com base nessa compreensão e, assim, alcançar LEDs de perovskita vermelha pura que combinem alta eficiência com alta estabilidade, é um requisito inevitável para promover a aplicação de materiais luminescentes de perovskita em exibições ultra-alta definição. Figura: Materiais de heteroestrutura epitaxial de van der Waals de perovskita, filmes emissores de luz e dispositivos LED construídos via métodos de solução completa in situ O professor Yuan Mingjian, o acadêmico Chen Jun e a pesquisadora Zhang Wei lideram uma equipe de pesquisa que há muito tempo se dedica ao estudo de materiais e dispositivos de conversão optoeletrônica semicondutores de alto desempenho. Durante a exploração contínua de materiais optoeletrônicos de perovskita de alta eficiência e alta estabilidade, a equipe de pesquisa descobriu que manipular a tensão da rede para obter uma distorção de rede local em perovskitas pode melhorar significativamente a estabilidade de fase de materiais de perovskita metaestáveis. Com base nessas descobertas, a equipe de pesquisa utilizou o projeto e regulação da estrutura molecular de ligantes para relatar pela primeira vez uma nova estratégia usando um método de solução completa in situ para preparar heteroestruturas epitaxiais de van der Waals de perovskita para melhorar a estabilidade de fase de pontos quânticos de perovskita. Combinando a caracterização por microscopia eletrônica de transmissão corrigida de aberrações com a pesquisa de teoria do funcional de densidade, a equipe de pesquisa revelou pela primeira vez o mecanismo pelo qual a tensão interfacial em heteroestruturas epitaxiais de perovskita regula a estrutura de rede de pontos quânticos de perovskita . A pesquisa mostra que a distorção de rede induzida por tensão interfacial pode inibir efetivamente o processo de transição de fase dos pontos quânticos de perovskita CsPbI3, melhorando significativamente a estabilidade do material. Os filmes condutores de pontos quânticos de perovskita CsPbI3 obtidos exibem excelente estabilidade e propriedades optoeletrônicas. Com base nisso, a equipe desenvolveu com sucesso LEDs de perovskita vermelha pura que combinam desempenho e estabilidade de classe mundial, resolvendo o problema de gargalo que tem afligido este campo por muito tempo . Este estudo baseia-se em disciplinas fundamentais da química , reunindo forças multidisciplinares em materiais, física e dispositivos semicondutores . Desenvolveu técnicas avançadas de caracterização estrutural por microscopia eletrônica de transmissão (MET), alcançando a criação de novos heteroestruturas epitaxiais de van der Waals em perovskitas. Superou o desafio central de estabilidade dos materiais centrais de LEDs de luz vermelha pura de perovskita, com potencial para impulsionar ainda mais a inovação tecnológica na indústria de displays ultra-definidos . Este trabalho foi liderado pela Universidade de Nankai, concluído conjuntamente com oito instituições nacionais e internacionais incluindo a Universidade Normal de Pequim, a Universidade de Hong Kong, EPFL, a Universidade Rei Saud, etc., a Universidade de Nankai é a primeira unidade de conclusão e a única unidade correspondente para este artigo . 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。 O trabalho de pesquisa acima recebeu apoio do Fundo Nacional de Bolsas para Jovens Cientistas Distintos, a Fundação Nacional de Ciências Naturais da China Projetos de Grupos Inovadores, e foi realizado apoiando-se em plataformas como o Laboratório Nacional Chave de Fontes de Energia Química Especial, o Centro de Ciência de Fronteira para Criação de Novas Substâncias Orgânicas e o Laboratório Haihe de Wuchuang .
Fonte: Centro de Convergência Midiática da Universidade de Nankai
