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    福建物構所研發高效近紅外量子點熒光粉,并首用于MicroLED

    字體變大  字體變小 發布日期:2024-03-13  瀏覽次數:926
    核心提示:近紅外發光(NIR,700-2500 nm)微二極管(Micro LED)在生物傳感、虛擬現實/增強現實(VR/AR)、遙感和光通訊等領域具有重要應用價值。
    近紅外發光(NIR,700-2500 nm)微二極管(Micro LED)在生物傳感、虛擬現實/增強現實(VR/AR)、遙感和光通訊等領域具有重要應用價值。傳統近紅外熒光粉存在顆粒尺寸大、發光效率低、發光穩定性差或含重金屬有毒元素(Cd2+和Pb2+)等問題,極大地限制了其在Micro LED領域的應用。因此,發展一類無毒高效的近紅外納米熒光粉具有重大意義。


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

    福建物構所研發高效近紅外量子點熒光粉,并首用于MicroLED

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

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

    基于此,團隊制備了光轉換mini-LED,通過優化實驗條件,實現了量子點在封裝膠中的均勻分散,有效避免了聚集熒光猝滅問題,近紅外輻照通量高達88.7mW@350mA,為目前已報道無毒近紅外量子點光轉換LED的最高值。

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

    進一步地,團隊與福州大學合作,利用電流體噴印技術,將CISe:Zn2+@ZnSe熒光粉應用于近紅外Micro LED。通過掃描電鏡和原子力顯微鏡等證實所制備的微發光陣列形狀規則、尺寸可調,無咖啡環和拖尾等現象;特別地,藍光芯片點亮后,陣列發出很強的近紅外光信號,發光像素點直徑最小為3.7 μm,遠優于目前商業化噴墨打印水平(10-30 μm)。

    基于該量子點熒光粉的優異性能,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)。該工作為開發高效近紅外納米熒光粉及其Micro LED應用提供了新的思路,也為發展近紅外微納器件和柔性電子設備奠定了良好基礎。

    相關成果以全文形式在線發表在Advanced Materials(Adv. Mater.2024,36, 2311011),該論文的第一作者是中國科學院福建物構所/福州大學聯培博士研究生廉緯,通訊作者為中國科學院福建物構所/閩都創新實驗室涂大濤研究員、朱浩淼研究員和陳學元研究員,以及福州大學楊開宇副教授。

    福建物構所研發高效近紅外量子點熒光粉,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展。例如,開發出CuInSe2基高效近紅外二區發光量子點生物探針,并將其應用于循環腫瘤細胞檢測和腫瘤靶向實時成像(Nano Today2020,35, 100943);采用荷移躍遷敏化策略,實現了在Cs2NaInCl6基質中高效的稀土離子近紅外發光(Adv. Sci.2022,9, 2203735);通過局域對稱性調控,發展了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,開發了紫外-可見-近紅外全光譜可調的長余輝及光激勵稀土摻雜Cs2NaGdF6熒光粉(Matter2023,6, 4261)。(來源:中國科學院福建物質結構研究所)

     
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