近日，南京理工大學(xué)王躍教授等人通過(guò)冷卻工程調(diào)控激發(fā)態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的環(huán)保型ZnSeTe基量子點(diǎn)，證明環(huán)保量子點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

目前，量子點(diǎn)是一種具有前景的發(fā)光材料，但高質(zhì)量環(huán)保量子點(diǎn)(QDs)的實(shí)現(xiàn)仍具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槠鋬?nèi)部具有高效但難以實(shí)現(xiàn)的非輻射復(fù)合。而上述團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究冷卻工程對(duì)激發(fā)態(tài)調(diào)控的影響，成功證明高質(zhì)量ZnSeTe核殼量子點(diǎn)的可行性。相關(guān)成果發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)：材料科學(xué)》(SCIENCE CHINA Materials)期刊上。

圖片來(lái)自《中國(guó)科學(xué)：材料科學(xué)》(SCIENCE CHINA Materials)

據(jù)論文，最近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)不含重金屬的ZnSeTe基量子點(diǎn)能夠通過(guò)Se和Te比例的改變來(lái)顯示出可調(diào)諧的藍(lán)綠發(fā)射。因此，作為環(huán)保型的材料，它在光電子器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，超快熱載流子俘獲和帶邊載流子俘獲是ZnSeTe量子點(diǎn)發(fā)射效率低下的主要原因。

為了提高發(fā)光效率，研究人員通過(guò)設(shè)計(jì)冷卻工程抑制上述過(guò)程，包括采用不同的冷卻速率來(lái)冷卻反應(yīng)溶液，采用冰水冷卻、自然風(fēng)冷和爐冷來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)終止或冷卻的速度。冷卻工程是調(diào)控ZnSeTe基量子點(diǎn)激發(fā)態(tài)復(fù)合，并提高量子點(diǎn)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合電子和光譜表征分析了其潛在機(jī)制，發(fā)現(xiàn)冷卻過(guò)程對(duì)ZnSeTe基量子點(diǎn)的結(jié)晶質(zhì)量、殼層厚度等均有顯著影響。該團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)冷卻優(yōu)化的ZnSeTe量子點(diǎn)表現(xiàn)出高量子發(fā)光效率(>90%)，超過(guò)了此前世界紀(jì)錄，具有良好的穩(wěn)定性，并且該量子點(diǎn)可與傳統(tǒng)的硒化鎘(CdSe)量子點(diǎn)相媲美。

實(shí)驗(yàn)圖片來(lái)自論文

在硒化鎘量子點(diǎn)中，非輻射復(fù)合過(guò)程已經(jīng)可以通過(guò)合成方法來(lái)控制，因此它擁有高質(zhì)量的發(fā)光性能，并具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，但由于含有鎘這種重金屬元素，硒化鎘材料具有很強(qiáng)的刺激性，接觸可引起人們惡心、頭痛和嘔吐。因此，其中的重金屬成分將可能阻礙其商業(yè)應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)硒化鎘、硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)三種量子點(diǎn)的光穩(wěn)定性進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在相似的紫外光照射下，三種量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度都降低了約40%。總體而言，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化后的無(wú)毒ZnSeTe基量子點(diǎn)具有更高穩(wěn)定性，與上述三種量子點(diǎn)的穩(wěn)定性相當(dāng)。這一觀察成果有助于ZnSeTe量子點(diǎn)之后的實(shí)際光電應(yīng)用。

關(guān)于WLED的實(shí)驗(yàn)與結(jié)果圖，圖片來(lái)自論文

基于ZnSeTe量子點(diǎn)的白光發(fā)光二極管(WLED)表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性能，包括高顯色指數(shù)80和良好的相關(guān)色溫7391K（開(kāi)爾文溫度單位)。此外，考慮到量子點(diǎn)在光通信系統(tǒng)中具有高調(diào)制帶寬和高數(shù)據(jù)傳輸速率的潛力，因此該高性能WLED還具有良好的光通信能力，可用作環(huán)保可見(jiàn)光通信的光源。

南京理工大學(xué)王躍教授等人的研究成果通過(guò)冷卻速率控制方法等冷卻工程來(lái)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的ZnSeTe量子點(diǎn)，表明了環(huán)保型量子點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。