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福建物構所研發(fā)高效近紅外量子點(diǎn)熒光粉,并首用于MicroLED

字體變大  字體變小 發(fā)布日期:2024-03-13  瀏覽次數:1084
核心提示:近紅外發(fā)光(NIR,700-2500 nm)微二極管(Micro LED)在生物傳感、虛擬現實(shí)/增強現實(shí)(VR/AR)、遙感和光通訊等領(lǐng)域具有重要應用價(jià)值。
近紅外發(fā)光(NIR,700-2500 nm)微二極管(Micro LED)在生物傳感、虛擬現實(shí)/增強現實(shí)(VR/AR)、遙感和光通訊等領(lǐng)域具有重要應用價(jià)值。傳統近紅外熒光粉存在顆粒尺寸大、發(fā)光效率低、發(fā)光穩定性差或含重金屬有毒元素(Cd2+和Pb2+)等問(wèn)題,極大地限制了其在Micro LED領(lǐng)域的應用。因此,發(fā)展一類(lèi)無(wú)毒高效的近紅外納米熒光粉具有重大意義。


近期,中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所/閩都創(chuàng )新實(shí)驗室的陳學(xué)元團隊涂大濤研究員等在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目和區域創(chuàng )新發(fā)展聯(lián)合基金等項目支持下,成功研發(fā)出CuInSe2:Zn2+(CISe: Zn2+)基高效近紅外量子點(diǎn)熒光粉,并首次將其應用于Micro LED(圖1)。

福建物構所研發(fā)高效近紅外量子點(diǎn)熒光粉,并首用于MicroLED

圖1、高效CISe:Zn2+@ZnSe近紅外量子點(diǎn)熒光粉及其Micro LED應用示意圖

研究團隊通過(guò)精準設計CISe: Zn2+納米晶中的Cu/In和Zn/In組分比,實(shí)現了發(fā)射峰從750 nm至1150 nm的寬范圍調控;包覆ZnSe殼層后,材料的穩定性和發(fā)光效率得到顯著(zhù)提升,近紅外絕對量子產(chǎn)率高達92.8%。

基于此,團隊制備了光轉換mini-LED,通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗條件,實(shí)現了量子點(diǎn)在封裝膠中的均勻分散,有效避免了聚集熒光猝滅問(wèn)題,近紅外輻照通量高達88.7mW@350mA,為目前已報道無(wú)毒近紅外量子點(diǎn)光轉換LED的最高值。

同時(shí),器件表現出優(yōu)異的穩定性:雙85老化(85 ℃和85%的濕度)72小時(shí)后,可維持94.5%的發(fā)光效率;25-150 ℃循環(huán)變溫10次之后,仍能保持初始發(fā)光效率的98.2%。

進(jìn)一步地,團隊與福州大學(xué)合作,利用電流體噴印技術(shù),將CISe:Zn2+@ZnSe熒光粉應用于近紅外Micro LED。通過(guò)掃描電鏡和原子力顯微鏡等證實(shí)所制備的微發(fā)光陣列形狀規則、尺寸可調,無(wú)咖啡環(huán)和拖尾等現象;特別地,藍光芯片點(diǎn)亮后,陣列發(fā)出很強的近紅外光信號,發(fā)光像素點(diǎn)直徑最小為3.7 μm,遠優(yōu)于目前商業(yè)化噴墨打印水平(10-30 μm)。

基于該量子點(diǎn)熒光粉的優(yōu)異性能,團隊噴印出10 × 10 mm的圖案,局部放大的陣列呈現良好的重復性和穩定性(圖2)。該工作為開(kāi)發(fā)高效近紅外納米熒光粉及其Micro LED應用提供了新的思路,也為發(fā)展近紅外微納器件和柔性電子設備奠定了良好基礎。

相關(guān)成果以全文形式在線(xiàn)發(fā)表在A(yíng)dvanced Materials(Adv. Mater.2024,36, 2311011),該論文的第一作者是中國科學(xué)院福建物構所/福州大學(xué)聯(lián)培博士研究生廉緯,通訊作者為中國科學(xué)院福建物構所/閩都創(chuàng )新實(shí)驗室涂大濤研究員、朱浩淼研究員和陳學(xué)元研究員,以及福州大學(xué)楊開(kāi)宇副教授。

福建物構所研發(fā)高效近紅外量子點(diǎn)熒光粉,并首用于MicroLED

圖2、(a)制備Micro LED示意圖。Micro LED陣列的(b-c)掃描電鏡圖、(d-e)近紅外熒光圖像和(f-i)原子力顯微鏡圖;贛icro LED陣列噴印的(j)熒光圖案和(k-m)局部放大熒光圖像

此前,陳學(xué)元團隊在近紅外熒光材料的設計、合成及應用中已取得系列重要進(jìn)展。例如,開(kāi)發(fā)出CuInSe2基高效近紅外二區發(fā)光量子點(diǎn)生物探針,并將其應用于循環(huán)腫瘤細胞檢測和腫瘤靶向實(shí)時(shí)成像(Nano Today2020,35, 100943);采用荷移躍遷敏化策略,實(shí)現了在Cs2NaInCl6基質(zhì)中高效的稀土離子近紅外發(fā)光(Adv. Sci.2022,9, 2203735);通過(guò)局域對稱(chēng)性調控,發(fā)展了Cs2(Na/Ag)BiCl6: Yb3+, Er3+近紅外熒光粉,并應用于近紅外成像(Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202205276);利用陷阱調控策略,開(kāi)發(fā)了紫外-可見(jiàn)-近紅外全光譜可調的長(cháng)余輝及光激勵稀土摻雜Cs2NaGdF6熒光粉(Matter2023,6, 4261)。(來(lái)源:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所)

 
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