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第1208期(总第1208期) 2019年5月20日   本期四版  上一期  下一期  更多期次  
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小颗粒照亮大未来



作者:学生记者 杨艺 张帆




  手指轻触薄而透明的电子屏幕,“悬浮”的图片文字在滑动的指尖下缩放自如,随心塑出不同形状的屏幕,俯仰间便可将信息握在手中,这样的画面你是否只在科幻电影的情节中见过?在量子点发光与显示技术日趋成熟的当今,这般“科幻”的情节即将成为现实———我校特种功能材料重点实验室量子点发光二极管研究取得重大进展,突破了量子点发光二极管走向应用的关键技术瓶颈。相关成果以“兼具高亮度高效率的可见光区量子点发光二极管”为题,于2019年2月21日以长文形式在线发表在光学领域顶级期刊《自然·光子学》上。作为Nature旗下大子刊,Nature7Photonics是物理和光学领域的顶级期刊,最新影响因子为32.521,该论文是我校首次以第一单位在Na-ture7Photonics上发表研究工作。量子点材料的不断发展,也使得其应用逐渐走进大众生活,走到我们身边。
  解读:“突破”的QLED作为一种能将电能转化为光能的光电器件,发光二极管(简称LED)现如今已被广泛应用于显示器、电视机、采光装饰和照明。由于具有更好的色彩饱和度、发射光谱连续可调和较低的制备成本等优点,量子点发光二极管(简称QLED)在显示和照明领域展现了广阔的应用前景,其独到优点与我们的生活息息相关。
  亮度、外量子效率和寿命是QLED真正走向应用的关键指标,如何在高外量子效率的同时保持高亮度,是众多科学家在QLED照明应用领域寻求突破的关键。QLED在显示领域内的应用对于光的强度要求并不十分高,例如手机的亮屏,其实际应用中的各项指标都已在实验室研究中达到。但若将应用扩大到照明领域,量子点发光二极管则需要在高效率的情况下兼顾高亮度。“我们的工作就是克服了以往QLED在高效率下低亮度、高亮度下低效率的关键问题,展现了QLED在照明领域实现应用的曙光,把预言的材料功能变成可能。”特种功能材料重点实验室王书杰副教授介绍道。
  研究:落实现实应用科研产出的重要意义之一体现在实际应用中的作用,QLED的技术突破对于现实应用的意义又在何处呢?显示领域中,用户对显示器件使用体验的要求日益提高,倒逼显示领域不断发展,“比如现在我们看见屏幕中的红色和日常实物的红不一致,甚至感觉刺眼,因为它加了大的驱动电压做得足够亮,但却损失了色彩真实度。量子点发光材料能最大程度将显示颜色做到与自然较为贴近的还原。”王书杰解释量子点技术的应用优点。在照明领域,量子点发光材料也可发挥其优越性能,例如针对白光创造出多个色调,包括暖白光、冷白光等,从而应用于高端照明领域,如手术室无影灯、高端珠宝的陈列等实际用途。
  2014年诺贝尔物理学奖授予三位日本科学家,以表彰他们在发现新型高效、环境友好型光源方面所作出的贡献——— “发明的高效蓝色发光二极管(LED)带来了明亮而节能的白色光源”。“假如量子点材料真正走向应用,取代氮化镓基材料是没有问题的。”王书杰对材料应用提出见解。此外,量子点材料还具有一般氮化镓材料所不具备的特性,比如可制作柔性曲面,这是因为量子点材料可以达到纳米量级。关于纳米的概念,王书杰举例:“人的发丝直径是几十微米,而1微米等于1000纳米。”作为屏幕显示的发光材料实际只需要两层半的量子点,即二三十个纳米。这样的量级,肉眼是根本无法分辨的。将十个纳米大小的量子点排列封装,它就可以在任何基底上沉积,选择柔性基底便可制作柔性曲面。轻薄、透明、塑形的显示和照明时代也将随量子点材料的应用而到来。
  历程:创新与发展并行然而,研究成功的背后,科研工作者对于产业化的可行性和未来也曾感到过迷茫,“科研不是今天做明天就能出结果的东西,研究方向是否正确?继续做应用领域还有哪些科研问题需要突破?和产业界的对接点在何处?这些都需要我们沉下心来仔细的去想、去做。”QLED研究团队负责人、特种功能材料重点实验室主任、材料学院院长杜祖亮教授回溯研究历程,同时对成果的产业化计划进行介绍,“接下来,我们将利用已有资源结合研究成果,按照产业化的要求,做一个实验室内的、小试生产线,预计做成一个14寸的显示屏。我们也将全力以赴,争取早日达到目标。”
  历经20余年的研究积累,特种功能材料重点实验室在QLED研究相关方面,研发了系列具有自主知识产权的核心技术,取得了一系列原创性科研成果。在原有蓝色QLED器件寿命、亮度、外量子效率保持国际领先水平的基础上,突破红色、绿色QLED器件的最高亮度纪录,同时突破绿色QLED器件的最高寿命,保持着蓝色QLED器件的最高寿命。
  近年来,特种功能材料重点实验室一直倡导并积极实施跨课题组的首席科学家制度,努力实现平台建设、人才培养和标志性成果的三项统一,积极推进理论和实验结合以及研究人员协作的学术工作,同时注重和外校的联合工作,合作并发挥各自优势。该成果的取得以及近几年不断取得突破的人才培养工作成绩,也进一步证明这些制度和理念已在实验室落地生根、并取得实效。
  正是由于奋力拼搏的科研工作者们的辛苦付出,才让我们得以对未来炫酷、便利的高科技保持期待,并相信有一天会与它近在咫尺。未来,实验室将进一步提升科研水平和实力,提高承担国家重大科研项目的能力,形成一批具有重要影响的科研成果,培养一批高层次人才,紧盯学科前沿,打造研究特色,推动原始创新。领跑未来的特种功能材料重点实验室值得期待。
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