我国科学家设计出新型量子点发光二极管
去年10月,诺贝尔物理学奖颁给了发明蓝光发光二极管的数位日裔科学家,“白炽灯点亮了20世纪,LED点亮了21世纪”,从颁奖词看出,发光二极管即LED是公认的下一代显示与照明技术的核心器件。几十天后,一篇来自中国科学家的论文在《自然》上发表,报道了在量子点发光二极管领域取得的重要研究进展。 我国科学家设计出新型量子点发光二极管 看不到的量子点,为你发光 在浙江大学课题组的这项研究中,科学家们设计出一 种新型高性能量子点发光二极管(QLED),并将使用亮度条件下的寿命推进到10万小时的实用水平,这意味着这种新型器件有望成为下一代显示和照明技术的 有力竞争者。 “我们已经看到了第一个带有颠覆性意义的量子点应用,也就是性能优异的‘量子点LED’。”研究团队负责人、浙江大学高新材料化学中心教授彭笑刚说。 量子点能大大提高二极管的发光性能 “发光材料对人类的重要性,决定了量子点会成为明星材料。”彭笑刚认为。 光是能量的一种形式,当物质中的电子从一个高能级跃迁到一个相对较低的空能级,能量就会被释放——如果这份能量以光的形式表现出来,就会看到这个物质在发光。 科研人员解释说,在半导体材料中,如果电子掉进空能级的空穴,就会发出光子,这被称为“电子空穴复合”。然而,能复合的电子和空穴在物质中并不是常存在的,复合过程需要电激发或光激发。发光二极管就是电激发的发光器件。 发光二极管通电时,电子和空穴在电场作用下发生迁移,它们在相遇时有可能发生复合,但这个过程并不容易。它们要有缘邂逅,发生相互作用形成“电子—空穴对”,最终才能在适合条件下复合,发出幸福的象征——光子。 为了保证一个较高的复合效率,科研人员常会提供一个复合介质,也就是“发光材料”。在这类材料里安排电子和空穴“相亲”,成功几率会大大提高。学名叫“可溶的无机半导体纳米晶”,简称为溶液纳米晶的量子点,正是非常优异的发光介质,只要电子和空穴一对一的进入到量子点,就会复合发光,发光量子效率可以高达100%。 彭笑刚课题组正是合成了一种适合于LED的量子点发光材料,然后与浙江大学金一政课题组合作做成了新型的量子点发光二极管。同时精巧地设计了结构,让电子减缓“步伐”,空穴则加快脚步,促成电子与空穴的有效相会,大大提升了量子点发光二极管的高效率发光性能和稳定性。 这也恰恰解决了彭笑刚所认为的两个关键问题——要让量子点发光二极管达到现实应用水平,一是怎样量身定制适用于LED的量子点材料;二是怎样设计其结构,以达到最大的电光转换效率。 至关重要的量子点,究竟是一种什么材料呢? |