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。 Перовскитные материалы обладают уникальными преимуществами, такими как высокая квантовая эффективность флуоресценции, высокая чистота цвета и широкий цветовой охват, что делает их идеальными материалами для следующего поколения технологий сверхвысококачественного отображения. Являясь одним из трех основных цветов (красный, зеленый, синий), чистые красные перовскитные светодиоды имеют решающее значение для создания систем сверхвысококачественного отображения следующего поколения, соответствующих стандарту сверхширокого цветового охвата Rec. 2100. Однако чистые красные перовскитные светодиоды долгое время страдали от проблемы низкой стабильности материала. Квантовые точки перовскита CsPbI3 демонстрируют излучение с регулируемой по размеру шириной запрещенной зоны, что делает их идеальными материалами для достижения чистых красных перовскитных светодиодов. Однако перовскиты CsPbI3 страдают от низкой собственной фазовой стабильности; их объемные материалы легко претерпевают фазовые переходы при комнатной температуре, превращаясь в неоптически активные фазы. Более того, квантовые точки перовскита CsPbI3 из-за их чрезвычайно малого размера частиц и чрезвычайно высокой поверхностной энергии практически не могут стабильно существовать при комнатной температуре. Поэтому понимание механизмов фазовых переходов метастабильных квантовых точек перовскита CsPbI3, разработка новых стратегий повышения фазовой стабильности на основе этого понимания и, таким образом, достижение чистых красных перовскитных светодиодов, сочетающих высокую эффективность и высокую стабильность, является неизбежным требованием для продвижения применения люминесцентных материалов на основе перовскита в сверхвысококачественных дисплеях. Рисунок: Материалы гетероструктуры эпитаксиального ван-дер-ваальсова типа перовскита, светоизлучающие пленки и светодиодные устройства, созданные методом полного раствора in situ Профессор Юань Минцзянь, академик Чэнь Цзюнь и исследователь Чжан Вэй возглавляют научную команду, которая уже давно занимается изучением высокоэффективных полупроводниковых оптоэлектронных преобразовательных материалов и устройств. В процессе непрерывного исследования высокоэффективных и высокостабильных оптоэлектронных материалов на основе перовскита команда обнаружила, что управление решеточным напряжением для достижения локального искажения решетки в перовскитах может значительно повысить фазовую стабильность метастабильных перовскитных материалов. На основе этих открытий команда использовала дизайн и регулировку молекулярной структуры лигандов для впервые сообщила о новой стратегии использования метода полного раствора in situ для приготовления ван-дер-ваальсовых эпитаксиальных гетероструктур перовскита с целью повышения фазовой стабильности квантовых точек перовскита. Сочетая характеризацию с помощью аберрационно-корректированного просвечивающего электронного микроскопа с исследованиями теории функционала плотности, команда впервые раскрыла механизм, посредством которого межфазное напряжение в эпитаксиальных гетероструктурах перовскита регулирует решетчатую структуру квантовых точек перовскита . Исследования показывают, что искажение решетки, вызванное межфазным напряжением, может эффективно подавлять процесс фазового перехода квантовых точек перовскита CsPbI3, значительно повышая стабильность материала. Полученные проводящие пленки квантовых точек перовскита CsPbI3 демонстрируют отличную стабильность и оптоэлектронные свойства. На этой основе команда успешно разработала чистые красные перовскитные светодиоды, сочетающие мировые показатели производительности и стабильности, решив проблему узкого места, которое давно беспокоило эту область . Это исследование базируется на фундаментальных дисциплинах химии , объединяя междисциплинарные усилия в области материалов, физики и полупроводниковых устройств . Были разработаны передовые методы структурной характеризации с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), что позволило создать новые ван-дер-ваальсовы эпитаксиальные гетероструктуры на основе перовскитов. Преодолены ключевые проблемы стабильности основных материалов для красных светодиодов на основе перовскитов, что может способствовать дальнейшему технологическому обновлению индустрии сверхвысокого разрешения дисплеев . Данная работа была инициирована Университетом Нанькай и совместно выполнена с восемью отечественными и зарубежными учреждениями, включая Пекинский педагогический университет, Гонконгский университет, EPFL, Саудовский королевский университет и др., Университет Нанькай является первым завершающим учреждением и единственным корреспондирующим учреждением для данной статьи . 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。 Вышеуказанная исследовательская работа получила поддержку от Национального фонда науки для выдающихся молодых ученых, Национального фонда естественных наук Китая проектов инновационных групп, и была проведена с опорой на такие платформы, как Государственная ключевая лаборатория специальных химических источников питания, Центр передовой науки по созданию новых органических веществ и Лаборатория Учуанхайхэ .
Источник: Центр медиа-конвергенции Университета Нанькай
