我科學家為稀土穿上“能量轉換外衣”

稀土納米晶是發光材料中的“絕緣寶石”，雖具有巨大的發光潛力，卻因自身局限無法被電流直接“點亮”，成為其實現光電技術產業化應用的根本瓶頸。近日，清華大學韓三陽副教授團隊與黑龍江大學許輝、韓春苗教授團隊和新加坡國立大學劉小鋼教授團隊聯合攻關，為稀土納米晶設計了一件獨特的“能量轉換外衣”，將能量高效傳遞給稀土納米晶的有機分子界面，為解決電致發光器件中的研究和應用難題帶來了新的突破口。相關研究成果在線發表于國際學術期刊《自然》。

稀土納米晶具有發光顏色可調、發光譜線窄、發光穩定性高等先天優勢，通過調控納米晶內部摻雜離子組分可使該材料體系實現廣色域的多色發光，一直被認為是電致發光材料的“潛力股”。

而電致發光，能夠將電能直接轉換為光能，是現代顯示技術和照明技術的基石。稀土發光材料，憑借高亮度、長壽命和出色的色彩表現，在照明與顯示技術的發展史上曾立下“汗馬功勞”。然而，當21世紀的技術浪潮轉向了以發光二極管、有機發光二極管為代表的直流電致發光器件，性能卓越卻無法直接導電的稀土材料，陷入了“絕緣困境”。

“這就像人在‘穿著棉襖跑步’?！表n三陽解釋道，“稀土材料的絕緣特性，使電流難以注入和傳輸其中，因此其無法像半導體材料那樣被電流直接高效點亮。”盡管科研人員在提升其光致發光效率方面取得了長足進步，但這個“電流驅動”的根本瓶頸始終難以突破，嚴重阻礙了稀土材料在現代光電技術中的研究和應用。

針對上述根本性難題，團隊創新性地通過表面修飾為稀土納米晶穿上“能量轉換外衣”，采用有機—無機雜化策略，精確調控能級結構，借助配體工程將激子能量高效分配給鑭系離子發光體，成功解決了電致發光中激子產生、輸運和注入的核心難題，實現了高色純度、光譜可調的高效電致發光。

“這項成果的意義在于，我們不僅讓稀土材料‘通上了電’，更打開了其在現代光電技術中應用的大門?！表n三陽進一步表示，這項成果未來有望進一步應用到人體健康監測、無創檢測，乃至開拓農作物補光技術等場景中。

記者 鄧暉

來源：光明日報