北理工團隊在鈣鈦礦量子點顯示技術(shù)研究方面取得重要進展
量子點是一類重要的半導體納米光電材料，具有發(fā)光效率高、光譜可調(diào)、可溶液法制備等突出特點，在照明顯示、探測成像、生物標記等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在顯示領(lǐng)域，量子點可與LCD、OLED、Micro-LED等新型顯示技術(shù)結(jié)合，顯著提高色彩品質(zhì)，簡化制造工藝，成為顯示領(lǐng)域重要的前沿技術(shù)之一。目前，搭載量子點背光的液晶顯示電視已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，2020年市場滲透率達到5%，并在逐年增加。像素化的量子點色轉(zhuǎn)換技術(shù)被認為是降低OLED顯示成本和解決Micro-LED技術(shù)巨量轉(zhuǎn)移難題的首選技術(shù)路線，而量子點電致發(fā)光顯示技術(shù)是印刷顯示的主要路線之一。因此，量子點顯示技術(shù)成為顯示企業(yè)爭相布局的重點領(lǐng)域。
盡管量子點顯示技術(shù)取得了顯著進步，然而傳統(tǒng)的量子點材料（CdSe、InP）一般采用高溫熱注入法制備，產(chǎn)業(yè)化仍面臨工藝復(fù)雜、成本高、國外專利壁壘等挑戰(zhàn)。因此，尋求低成本的新型量子點材料體系是解決上述挑戰(zhàn)、擴展量子點應(yīng)用領(lǐng)域的重要思路之一。
鈣鈦礦量子點制備簡單，具有優(yōu)異的光學性質(zhì)，是近年來光學與光電子材料領(lǐng)域的研究熱點之一。北京理工大學材料學院鐘海政團隊一直從事量子點材料開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)研究，是國際上最早開展鈣鈦礦量子點研究的實驗室之一（ ACS ?Nano 2015, 9, 4533，Google引用>1300次）。近年來，團隊重點圍繞鈣鈦礦量子點顯示技術(shù)開展研究，取得系列重要進展：所發(fā)明的鈣鈦礦量子點原位制備技術(shù)授權(quán)中國、美國、日本、韓國專利，進入產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推廣階段。最近，他們在紅光鈣鈦礦量子點光學膜和藍光量子點電致發(fā)光器件方面取得突破進展。
1）面向液晶顯示背光應(yīng)用的鈣鈦礦量子點原位制備技術(shù)
2016年團隊提出了普適性的鈣鈦礦量子點原位制備思路，實現(xiàn)了聚合物基質(zhì)中MAPbX3、FAPbX3、CsPbX3、MA3Bi2X9、Cs2Sn2X6等鈣鈦礦量子點的原位制備( Advanced Materials 2016, 28, 9163； Nanoscale 2019, 11, 4942; ?Light: Science & Applications 2020, 9, 73)；其中基于綠色MAPbBr3鈣鈦礦量子點的光學膜的亮度、色域、信賴性與傳統(tǒng)CdSe、InP量子點相比具有顯著優(yōu)勢，在液晶顯示背光應(yīng)用中具有巨大潛力。致晶科技公司(校學科性公司)經(jīng)過進一步開發(fā)，2020年與TCL成功合作實現(xiàn)了首批量75英寸鈣鈦礦量子點電視的量產(chǎn)，成為全球首家推出鈣鈦礦量子點光學膜商業(yè)產(chǎn)品的公司(https://www.perovskite-info.com/tcl-and-zhijing-nanotech-collaborate-pqd-solutions-lcd-tvs)。
最近，團隊的博士后李飛博士突破了困擾鈣鈦礦量子點背光顯示應(yīng)用的紅光缺失難題，發(fā)展了聚合物基質(zhì)中的紅色全無機鈣鈦礦量子點的原位制備技術(shù)，發(fā)光效率和穩(wěn)定性都十分優(yōu)異( Advanced ?Functional Materials 2021, 2008211)。通過致晶科技公司的進一步開發(fā)，實現(xiàn)了鈣鈦礦量子點Micro-LED背光模組，獲得2020年中國國際顯示技術(shù)(ICDT)會議新產(chǎn)品銀獎。
圖1：紅色、綠色鈣鈦礦量子點光學膜和背光顯示模組
2）面向電致發(fā)光的鈣鈦礦量子點片上再沉淀原位制備技術(shù)
面向印刷顯示電致發(fā)光應(yīng)用，團隊通過控制鈣鈦礦原位成膜過程中的結(jié)晶過程，發(fā)明了鈣鈦礦量子點片上再沉淀制備技術(shù)，實現(xiàn)了高效率的綠色和紅色電致發(fā)光器件，綠光器件最高外量子效率為16.3%( ACS ? Nano 2018, 12, 8808)，紅光器件最高外量子效率為15.8%( Ad ?vanced O ?ptical ?Materials 2019, 7, 1900774)。最近，團隊的博士生王辰暉、韓登寶、常帥老師等人與中科院大連化學物理研究所、上海光源合作，開發(fā)了雙配體調(diào)控鈣鈦礦量子阱結(jié)構(gòu)分布的原位制備策略，實現(xiàn)了最高外量子效率8.8%的藍色電致發(fā)光器件( Nature ? Communications 2020, 11, 6428)，為目前顯示藍光(455-475 nm)最高效率，團隊與京東方合作，對該技術(shù)進行了國際專利布局。最近，王辰暉同學在香港科技大學和香港城市大學聯(lián)合舉辦的國際顯示材料研討會上(International Workshop of Advanced Display Materials, http://adw.ust.hk/program.html)獲得最佳海報獎。
圖2：顯示波段高效率藍色鈣鈦礦電致發(fā)光器件
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上述研究工作得到了國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金、重點基金，以及科技部重點研發(fā)專項的支持，校先進材料實驗中心提供了材料制備與表征支撐，校微納量子光子實驗室提供了器件制備平臺。
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