?高能效的發光二極管（LED）在我們的日常生活中已經使用了幾十年。但是，為了追求更好的LED，既能降低成本，又能提供更亮的顏色，科學家們最近發現了一種叫做過氧化物的材料。最近由香港城市大學（CityU）的科學家共同領導的一個聯合研究項目，已經開發出一種用于最高效LED的二維過氧化物材料。





從家庭照明到手機顯示屏，從內窺鏡手術所需的精確照明，到太空種菜的光源，LED無處不在。然而，目前高品質的LED仍然需要在高溫下進行加工，并使用復雜的沉積技術，這使得其生產成本昂貴。


科學家們最近意識到，金屬鹵化物過氧化物--與鈦酸鈣礦物結構相同，但具有另一種元素成分的半導體材料--是下一代LED極有希望的候選材料。這些過氧化物可以在室溫下從溶液中加工成LED，從而在很大程度上降低了其生產成本。然而，LED中的過氧化物的電致發光性能仍有改進的空間。


在城大材料科學與工程系講席教授Andrey Rogach教授和他的合作者上海大學楊學勇教授的帶領下，該團隊找到了一種調光開關：他們可以將過氧化物的一次發光變成更亮的光！他們的研究結果表明，過氧化物在LED中的應用是非常廣泛的。


他們利用二維（2-D）過氧化物（又稱Ruddlesden Popper過氧化物），成功實現了非常高效和明亮的LED，基于這種過氧化物的器件在電流效率和外部量子效率上的表現都是報道中最好的。目前，這項工作已經使過氧化物LED緊跟目前的有機LED等商用顯示技術。


他們的研究成果發表在科學雜志《自然通訊》上。


強大變化的關鍵在于加入10%左右的簡單有機分子，即甲磺酸（MeS）。


在這項研究中，該團隊使用的二維過氧化物具有納米級的厚度。MeS重構了2-D過氧化物納米片的結構，同時也增強了不同厚度的片材之間的激子能量傳遞。這兩種變化都大大增強了2-D結構內較厚的綠色發光過氧化物薄片的電致發光能力。


MeS對減少二維過氧化物結構中的缺陷數量也很有用。在光的產生過程中，發生了輻射性重組，部分過程所需的激子將 "浪費 "在不產生光的非輻射性重組中。MeS減少了不協調的Pb2+陽離子的數量，而Pb2+陽離子是激子進行非輻射重組的原因，確保更多的激子參與光的產生。


為生產更好的LED而進行的研究結果令人鼓舞。在5.5V的低施加電壓下，亮度達到13400candela/m2，外部量子效率達到20.5%。這接近于許多現有LED技術所能達到的最高值，并且比他們兩年前的研究報告中10.5%的外部量子效率水平幾乎翻了一番。


"我所在的城大團隊在相對較短的時間內就將過氧化物材料的專業知識積累到了一個非常高的水平，這要歸功于Croucher基金會高級研究員的資金支持。而且我們已經看到了效益，特別是在最新發表的成果中詳細說明。"Rogach教授說。


"已經實現的高亮度、優秀的色彩純度和商業級的運行效率標志著2-D過氧化物是未來商業LED的一種極具吸引力的材料，也有可能成為顯示技術。這是對新型納米尺度材料的基礎研究和應用研究的具體成果 "他補充道。

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來源：賢集網
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