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福建物构所研发高效近红外量子点荧光粉,并首用于MicroLED

字体变大  字体变小 发布日期:2024-03-13  浏览次数:1047
核心提示:近红外发光(NIR,700-2500 nm)微二极管(Micro LED)在生物传感、虚拟现实/增强现实(VR/AR)、遥感和光通讯等领域具有重要应用价值。
近红外发光(NIR,700-2500 nm)微二极管(Micro LED)在生物传感、虚拟现实/增强现实(VR/AR)、遥感和光通讯等领域具有重要应用价值。传统近红外荧光粉存在颗粒尺寸大、发光效率低、发光稳定性差或含重金属有毒元素(Cd2+和Pb2+)等问题,极大地限制了其在Micro LED领域的应用。因此,发展一类无毒高效的近红外纳米荧光粉具有重大意义。


近期,中国科学院福建物质结构研究所/闽都创新实验室的陈学元团队涂大涛研究员等在国家自然科学基金重点项目和区域创新发展联合基金等项目支持下,成功研发出CuInSe2:Zn2+(CISe: Zn2+)基高效近红外量子点荧光粉,并首次将其应用于Micro LED(图1)。

福建物构所研发高效近红外量子点荧光粉,并首用于MicroLED

图1、高效CISe:Zn2+@ZnSe近红外量子点荧光粉及其Micro LED应用示意图

研究团队通过精准设计CISe: Zn2+纳米晶中的Cu/In和Zn/In组分比,实现了发射峰从750 nm至1150 nm的宽范围调控;包覆ZnSe壳层后,材料的稳定性和发光效率得到显著提升,近红外绝对量子产率高达92.8%。

基于此,团队制备了光转换mini-LED,通过优化实验条件,实现了量子点在封装胶中的均匀分散,有效避免了聚集荧光猝灭问题,近红外辐照通量高达88.7mW@350mA,为目前已报道无毒近红外量子点光转换LED的最高值。

同时,器件表现出优异的稳定性:双85老化(85 ℃和85%的湿度)72小时后,可维持94.5%的发光效率;25-150 ℃循环变温10次之后,仍能保持初始发光效率的98.2%。

进一步地,团队与福州大学合作,利用电流体喷印技术,将CISe:Zn2+@ZnSe荧光粉应用于近红外Micro LED。通过扫描电镜和原子力显微镜等证实所制备的微发光阵列形状规则、尺寸可调,无咖啡环和拖尾等现象;特别地,蓝光芯片点亮后,阵列发出很强的近红外光信号,发光像素点直径最小为3.7 μm,远优于目前商业化喷墨打印水平(10-30 μm)。

基于该量子点荧光粉的优异性能,团队喷印出10 × 10 mm的图案,局部放大的阵列呈现良好的重复性和稳定性(图2)。该工作为开发高效近红外纳米荧光粉及其Micro LED应用提供了新的思路,也为发展近红外微纳器件和柔性电子设备奠定了良好基础。

相关成果以全文形式在线发表在Advanced Materials(Adv. Mater.2024,36, 2311011),该论文的第一作者是中国科学院福建物构所/福州大学联培博士研究生廉纬,通讯作者为中国科学院福建物构所/闽都创新实验室涂大涛研究员、朱浩淼研究员和陈学元研究员,以及福州大学杨开宇副教授。

福建物构所研发高效近红外量子点荧光粉,并首用于MicroLED

图2、(a)制备Micro LED示意图。Micro LED阵列的(b-c)扫描电镜图、(d-e)近红外荧光图像和(f-i)原子力显微镜图。基于Micro LED阵列喷印的(j)荧光图案和(k-m)局部放大荧光图像

此前,陈学元团队在近红外荧光材料的设计、合成及应用中已取得系列重要进展。例如,开发出CuInSe2基高效近红外二区发光量子点生物探针,并将其应用于循环肿瘤细胞检测和肿瘤靶向实时成像(Nano Today2020,35, 100943);采用荷移跃迁敏化策略,实现了在Cs2NaInCl6基质中高效的稀土离子近红外发光(Adv. Sci.2022,9, 2203735);通过局域对称性调控,发展了Cs2(Na/Ag)BiCl6: Yb3+, Er3+近红外荧光粉,并应用于近红外成像(Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202205276);利用陷阱调控策略,开发了紫外-可见-近红外全光谱可调的长余辉及光激励稀土掺杂Cs2NaGdF6荧光粉(Matter2023,6, 4261)。(来源:中国科学院福建物质结构研究所)

 
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