用戶速遞丨葉志鎮(zhèn)院士/何海平教授：用于液晶顯示及X射線成像的鈣鈦礦材料
近日，浙江大學(xué)材料學(xué)院葉志鎮(zhèn)院士團(tuán)隊(duì)在高光效、高穩(wěn)定鈣鈦礦復(fù)合結(jié)構(gòu)方面取得重要進(jìn)展，研究成果以“Highly efficient and ultra-stable CsPbBr3 composites for LCD devices and X-ray imaging”為題發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊Journal of Materials Chemistry C (doi：10.1039/d3tc04701f)上。浙江大學(xué)為該論文第一單位，王朋博士、王昭宇博士、朱美怡博士為共同第一作者，葉志鎮(zhèn)院士、何海平教授、樊超博士為共同通訊作者。
鈣鈦礦量子點(diǎn)是一種具有優(yōu)異光學(xué)性能的零維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其具有高量子產(chǎn)率、可調(diào)控的發(fā)光波長、極高的缺陷容忍度等優(yōu)點(diǎn)，在照明、顯示、成像等應(yīng)用領(lǐng)域具有極高的商業(yè)價(jià)值。然而，由于量子點(diǎn)的尺寸在納米量級，表面缺陷對量子點(diǎn)的光學(xué)性能影響很大。表面缺陷的富集會導(dǎo)致量子點(diǎn)熒光淬滅，并且影響其穩(wěn)定性。因此，表面鈍化和封裝對實(shí)現(xiàn)高光效、高穩(wěn)定性的鈣鈦礦量子點(diǎn)至關(guān)重要。
有鑒于此，王朋博士等聯(lián)合開發(fā)了一種改良的固態(tài)煅燒方法，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦量子點(diǎn)表面鈍化和封裝一體化，提升了固態(tài)煅燒制備鈣鈦礦量子點(diǎn)的光效和光、熱穩(wěn)定性，并進(jìn)一步將這些量子點(diǎn)應(yīng)用于寬色域液晶顯示和高靈敏度X射線探測中。
該工作通過用3-（癸基二甲基銨）-丙烷磺酸鹽內(nèi)鹽（DPSI）鈍化CsPbBr3量子點(diǎn)表面，并進(jìn)一步用二氧化硅模板（MS）封裝這些量子點(diǎn)，獲得了具有93.2%高光致發(fā)光量子產(chǎn)率的超穩(wěn)定CsPbBr3-DPSI/MS納米復(fù)合材料。在苛刻的協(xié)同老化條件下（溫度60℃，濕度90%RH，功率密度3500 W/m2的藍(lán)光照射）保存1000小時(shí)后，CsPbBr3-DPSI/MS仍然保持其初始光致發(fā)光強(qiáng)度的90%。該工作在不同時(shí)間尺度下觀測了有/無DPSI鈍化量子點(diǎn)的發(fā)光壽命，發(fā)現(xiàn)DPSI鈍化可以有效抑制鈣鈦礦淺能級缺陷，可以有效提升鈣鈦礦量子點(diǎn)激子復(fù)合效率。
這些CsPbBr3-DPSI/MS材料與KSF熒光粉共同作用在液晶顯示器的背光模塊中，可以實(shí)現(xiàn)111.7%NTSC的寬色域顯示性能。此外，這些CsPbBr3-DPSI/MS材料表現(xiàn)出優(yōu)異的X射線探測性能，實(shí)現(xiàn)了16 lp/mm的X射線成像空間分辨率和339 nGyair/s的低檢測極限。
DPSI鈍化抑制淺能級缺陷提升量子點(diǎn)光效
以上圖中可見，CsPbBr3-DPSI/MS復(fù)合材料的熒光量子產(chǎn)率提高到了93.2%。在405nm的飛秒激光激發(fā)下，條紋相機(jī)獲取得到的圖像表明，CsPbBr3-DPSI/MS平均壽命從323ps（鈍化前）增加到454ps，這也證實(shí)了DPSI在鈣鈦礦量子點(diǎn)表面的有效鈍化作用。
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關(guān)于本文中準(zhǔn)二維鈣鈦礦復(fù)合材料的測試部分，超快時(shí)間分辨光譜數(shù)據(jù)使用卓立漢光公司的ST-10條紋相機(jī)獲得，穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜數(shù)據(jù)采用OmniFluo900穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀獲得。
ST-10條紋相機(jī)時(shí)間分辨率可達(dá)到5ps，可匹配多種焦長光譜儀，快速追蹤超快發(fā)光的動力學(xué)過程。OmniFluo900為模塊化搭建結(jié)構(gòu)，通過搭配不同的光源、檢測器和各類附件，為紫外/可見/近紅外發(fā)光測試提供綜合解決方案，也為鈣鈦礦發(fā)光器件、鈣鈦礦光伏器件及鈣鈦礦量子點(diǎn)的研發(fā)提供有利工具。
條紋相機(jī)超快時(shí)間分辨系統(tǒng)
OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀
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