中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的肖正國教授研究團隊近期在鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性突破，為提升這類器件的壽命找到了新的解決之道。
該團隊開發(fā)了一種創(chuàng)新策略，名為“弱空間限域”，通過這種方法，他們成功制備出了大尺寸、耐高溫的全無機鈣鈦礦薄膜。這一創(chuàng)新不僅顯著提高了LED的亮度，使其達到了116萬尼特以上，還將使用壽命延長至超過18萬小時。
相關(guān)研究成果已于近期在《自然》雜志上發(fā)表，標(biāo)志著這一領(lǐng)域的重要進展。鈣鈦礦作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料，因其高發(fā)光效率、低成本和制備靈活性，在太陽能電池、LED和探測器等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。
傳統(tǒng)鈣鈦礦材料中，電子和空穴的有效碰撞發(fā)光是一大難題。為了克服這一障礙，科研人員通常采用“強空間限域”方法，如制作微小的納米顆粒或極薄的材料層。然而，這種方法雖然能在一定程度上提高發(fā)光效率，但往往導(dǎo)致LED亮度難以提升，且使用壽命短暫，限制了其實際應(yīng)用。
肖正國團隊提出的“弱空間限域”策略，則通過向鈣鈦礦材料中添加次磷酸和氯化銨等特定化合物，并結(jié)合高溫退火工藝，制備出了晶體顆粒更大、缺陷更少的新型鈣鈦礦薄膜。這種薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加有序，有效避免了小晶體帶來的缺陷問題，從而顯著提升了LED的穩(wěn)定性和亮度。
研究顯示，這種新型鈣鈦礦LED的發(fā)光效率超過22%，與商業(yè)化顯示產(chǎn)品相當(dāng)。與市場上主流的OLED或LED屏幕相比，其極限亮度更是高達116萬尼特，遠超日常使用顯示屏幕的亮度范圍。
若以正常亮度100尼特計算，新型鈣鈦礦LED的使用壽命理論上可超過18萬小時，達到了商業(yè)化LED產(chǎn)品的廣泛標(biāo)準(zhǔn)。這一突破性技術(shù)不僅解決了鈣鈦礦LED在效率和穩(wěn)定性上的技術(shù)瓶頸，還為未來在高端顯示屏、超高亮度照明等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊前景。
該研究成果的取得，離不開團隊成員的共同努力。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院的博士研究生彭琛琛、姚海濤、Othman Ali以及特任副研究員陳文靜，與復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院的楊迎國研究員共同參與了這項研究。肖正國教授作為通訊作者，為研究的成功發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
這一創(chuàng)新不僅推動了LED技術(shù)的進一步發(fā)展，也為鈣鈦礦材料在更多領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新路徑。未來，隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用的不斷拓展，新型鈣鈦礦LED有望為人們帶來更加明亮、持久的顯示和照明體驗。
同時，該研究成果也展示了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在鈣鈦礦材料研究領(lǐng)域的深厚底蘊和創(chuàng)新能力，為國內(nèi)外科研人員提供了寶貴的經(jīng)驗和啟示。
