我國稀土研究取得新突破解決電致發(fā)光關鍵難題開啟光電技術新篇章

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2025-11-27 14:40:57 清華大學

我國稀土研究取得新突破解決電致發(fā)光關鍵難題開啟光電技術新篇章！稀土納米晶被譽為發(fā)光材料中的“絕緣寶石”，盡管擁有巨大的發(fā)光潛力，但由于其自身局限性，無法直接通過電流點亮，這成為其實現(xiàn)光電技術產(chǎn)業(yè)化應用的關鍵障礙。近日，清華大學韓三陽副教授團隊與合作者為稀土納米晶設計了一種獨特的“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(fā)光器件的研究和應用難題提供了新的突破口。相關研究成果已在國際期刊《自然》在線發(fā)表。

稀土納米晶具備發(fā)光顏色可調、發(fā)光譜線窄、發(fā)光穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，通過調控納米晶內部摻雜離子組分，可以實現(xiàn)廣色域的多色發(fā)光，一直被視為電致發(fā)光材料的重要候選者。電致發(fā)光能夠將電能直接轉換為光能，是現(xiàn)代顯示技術和照明技術的基礎。稀土發(fā)光材料因高亮度、長壽命和出色的色彩表現(xiàn)，在20世紀的節(jié)能燈和陰極射線顯像管等間接激發(fā)應用中發(fā)揮了重要作用。然而，進入21世紀后，隨著發(fā)光二極管（LED）和有機發(fā)光二極管（OLED）等直流電致發(fā)光器件的興起，絕緣特性的稀土材料在這些新技術中遇到了難以逾越的瓶頸。

韓三陽解釋說：“稀土材料的絕緣特性使電流難以注入和傳輸其中，因此無法像半導體材料那樣被電流直接高效點亮?！彪m然科研人員在提升光致發(fā)光效率方面取得了顯著進展，但這一根本問題始終未能得到有效解決，嚴重阻礙了稀土材料在現(xiàn)代光電技術中的研究和應用。

為此，韓三陽副教授團隊與黑龍江大學許輝、韓春苗教授團隊以及新加坡國立大學劉小鋼教授團隊合作，創(chuàng)新性地通過表面修飾為稀土納米晶穿上“能量轉換外衣”。他們采用有機-無機雜化策略，精確調控能級結構，并借助配體工程將激子能量高效分配給鑭系離子發(fā)光體，成功解決了電致發(fā)光中激子產(chǎn)生、輸運和注入的核心難題，實現(xiàn)了高色純度、光譜可調的高效電致發(fā)光。

韓三陽表示，這項成果不僅讓稀土材料“通上了電”，還為其在現(xiàn)代光電技術中的廣泛應用打開了大門。實驗結果顯示，這種配體功能化納米晶體平臺在多種波段電致發(fā)光方面具有潛力，特別是在高分辨率、寬色域顯示及近紅外技術中，只需通過調控稀土離子即可實現(xiàn)多色發(fā)光。未來，這項成果還有望應用于人體健康監(jiān)測、無創(chuàng)檢測，甚至農作物補光技術等領域。

(責任編輯：0882)

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