全彩色碳量子点的制备及其在WLED上的应用

荧光碳量子点是一种新型的、有前途的光致发光纳米材料。由于其多样的理化性质和独特的光学特性,低成本、生态友好、丰富的功能基团等优势,在生物成像、光电器件、光催化、离子检测、靶向药物输运等领域有广阔的应用前景。发光二极管(LED)多年来一直是学术研究的热点,广泛应用于液晶显示、全彩显示和日常照明设备中。许多荧光材料已经被应用于LED的研制;纳米荧光碳量子点因其具有荧光发射波长可调、发光性能稳定、环境友好、原材料丰富、成本低廉等优点在光电器件方面有着极大的应用前景。但目前碳量子点的可控制备依然是个挑战,大多数碳量子点的荧光发射波长主要集中在蓝、绿光波段,且量子产率偏低,限制了碳量子点在该领域的发展。因此,合成覆盖全光谱的荧光碳量子点并简单分析其发光机理可以极大地推动碳量子点在白光LED领域的应用。以柠檬酸三胺为前驱体,以多种低毒、廉价的酸试剂为修饰剂,采用一步溶剂热法成功制备了全色荧光碳量子点,并用荧光光谱仪、透射电镜、 X射线衍射仪、拉曼光谱仪、 X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计及傅里叶变换红外光谱仪对制备的碳量子点进行了表征分析。结果表明,所制备的碳量子点尺寸均匀,分散性好,发射...     

脉冲功率对含硅量子点SiCx薄膜物相结构及光谱特性的影响

基于硅量子点（Si-QDs）的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing, MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。微波退火的非热效应可以降低形核能,改善薄膜的微结构和光电性能。因此,采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺,在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiC_x薄膜;采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性;研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响,进而改进磁控共溅射工艺,制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点,其强度先增大后减小;通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律,脉冲功率为80 W时尺寸达到最大(8.0 nm）。在Raman光谱中还观察到中心位于511 cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰,其强度也呈现先增大后减小的趋势;对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合,得出薄膜的晶化率均高于62.58%,脉冲功率为80 W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成,且数量先增加后减小,脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。通过测量样品的透射率T、反射率R等光学参数,利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙,发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大,在脉冲功率为80 W时最小(1.72 eV)。硅量子点尺寸与光学带隙成反比,说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。通过PL光谱分析样品的发光特性,对其做最佳高斯拟合,发现样品中均有6个发光峰。结合Raman光谱的分析结果,可以得出波长位于463~624 nm的发光峰源于硅量子点的作用;而波长位于408和430 nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态,峰位没有偏移,但强度有变化。根据发光峰对应的波长可计算其能带分布,从而确定缺陷态类型：408 nm的发光峰归因于≡Si°→E_v电子辐射跃迁,430 nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si-Si≡的缺陷态发光。还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。结果表明,随硅量子点尺寸变小（大）,发光峰蓝移（红移）。综上,溅射功率为80 W时制备的含硅量子点SiC_x薄膜性能最佳。研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。     

用于自然原子共振的应力量子调控自组装量子点 单光子源

针对量子存储应用中自组装量子点发射的光子与自然原子系综波长匹配难的问题,通过金-金热压键合技术将含有量子点的纳米薄膜与压电陶瓷进行集成,制作了应力调控的能量可调量子点单光子源,实验上分别实现了对可见光波段镓砷/铝镓砷量子点和近红外波段铟镓砷/镓砷量子点单光子量子比特在9.1meV和4.2meV范围内的宽谱调控.不仅如此,应用应力量子调控技术成功将镓砷/铝镓砷量子点的发光波长调节至铷-87自然原子的D2能级跃迁波长(780nm),以及将铟镓砷/镓砷量子点的发光波长调节至钒酸钇晶体中掺杂的钕离子的4I9/2→4 F3/2跃迁吸收峰共振(879.7nm).该结果为实现基于半导体量子点和自然原子系综的量子存储器提供了一种强有力的调控技术.     

溶剂依赖的MoS2量子点光学性质

为了明确溶剂对MoS_2量子点发光的影响,以液相剥离法在N-甲基吡咯烷酮(NMP)与1,2-二氯苯(DCB)的混合溶剂中制备了MoS_2量子点,并采用透析的方法对照研究了溶剂及含有MoS_2量子点的溶液的发光性质。结果表明,量子点尺寸分布均匀,粒径约2.4 nm。拉曼光谱中可在381 cm~(-1)和406 cm~(-1)处观察到MoS_2材料的E■和A_(1g)拉曼特征峰。光学性质分析表明,MoS_2量子点的存在造成了260～400 nm附近紫外光吸收的明显变化,且混合溶剂中的MoS_2量子点荧光发射波长对激发波长表现出严重的依赖性。以水为外部环境的透析实验结果表明,透析后DCB溶剂的HOMO能级会导致MoS_2量子点在442 nm附近的发光出现多个发射峰,但其发光波长不再随激发波长而改变,进而说明有机溶剂中MoS_2量子点发光对激发波长的依赖性是由于有机溶剂在紫外光激发下发光造成的。     

双波长垂直腔面发射激光器及特性研究

基于光子晶体技术在一维光子晶体带隙内引入缺陷态模式,并对激光器谐振腔内部电磁场分布和共振波长进行调制,从而将单一波长分裂为双波长输出.最终制备出了一种新的具有双波长光谱输出特性的垂直腔面发射激光器,缺陷层为Al_0.8Ga_0.2As材料,厚度为5λ/4.所得到的双波长输出光谱具有低吸收损耗、输出波长容易控制及同方向垂直输出特性.同时,通过调整一维光子晶体的折射率差和缺陷层厚度可以有效调谐双波长的间距及输出波段.所设计的双波长垂直腔面发射激光器结构同样 关键词： 垂直腔面发射激光器 光子带隙 双波长     

高Al组分Ⅲ族氮化物结构材料及其在深紫外LED应用的进展

随着高 Ga 组分Ⅲ族氮化物相关研究的日趋深入和生长技术的日益成熟,人们逐渐将研究重心转向具有更宽带隙的高 Al 组分Ⅲ族氮化物.该材料常温下带隙宽至6.2 eV,可覆盖短至210 nm 的深紫外波长范围,具有耐高温、抗辐射、波长易调控等独特优点,因而是制备紫外发光器件的理想材料.目前,高 Al 组分Ⅲ族氮化物材料质量不高,所制备的深紫外 LED 发光器件仍存在内量子效率、载流子注入效率和沿 c 轴方向正面出光效率较低的难题,因而制约了高效紫外发光器件的制备.本文着重介绍了近年来在高 Al 组分Ⅲ族氮化物生长动力学方面的研究进展,总结和梳理了量子结构设计、内电场调控以及晶体场调控等方面的相关研究,以期实现高质量深紫外 LED 的制备.     

三苯甲基改性油溶性碳量子点合成及其在发光器件中的应用

碳量子点团聚将导致严重荧光猝灭,大幅降低其发光效率,阻碍了其作为发光材料在显示和照明器件中的应用。通过主客体掺杂方案可有效解决上述问题,但水溶性的碳量子点不能和有机的主体材料相匹配。针对该问题,本文通过在碳量子点表面接枝亲油性的芳香类官能团,保证碳量子点油溶性的同时使其具备一定的载流子传输性能,采用该方案制备出发光峰在533 nm、荧光量子产率为43%的黄色油溶性碳量子点。将该碳量子点分散到聚甲基丙烯酸甲酯中涂敷在紫外发光二极管(365 nm)灯珠表面,制备的光致发光器件发出明亮黄光(560 nm),最大亮度达到23 000 cd/m~2。进一步将该碳量子点掺杂到聚乙烯基咔唑中作为发光层,制备了主客体掺杂的电致发光器件,器件的发射峰位于552 nm,最大亮度达到35.07 cd/m~2。上述研究表明,合成油溶性的碳量子点发光材料并将其掺杂到母体材料中作为发光层,可有效抑制碳量子点团聚诱导荧光猝灭问题,对发展高性能碳量子点基发光器件具有重要意义。     

溶剂热法合成橙-绿双波段荧光碳点

荧光碳点具有激发波长依赖的独特性质,有望基于此制备检测溶液pH值的荧光探针。以柠檬酸和尿素为原料、N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用一步溶剂热法在200℃下保温12 h制备了一种新型的具有橙-绿双波段荧光发射性能的水溶性碳点。采用透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等方法对荧光碳点的组成和形貌进行了表征,还通过荧光发射光谱和紫外-可见吸收光谱对其光学性能进行了研究。结果表明,制备的碳点粒径为2.7~4.3 nm,表面带有大量含氧官能团,具有良好的水分散性。在440 nm和540 nm波长光激发下分别呈现绿色(500 nm)和橙色(590 nm)双波段荧光发射。合成的荧光碳点发光性能对pH值具有敏感性:在强碱性溶液中,590 nm的荧光强度比水溶液中提高了6.71倍,同时吸收峰的蓝移使得自然光下其溶液颜色发生了明显改变,具有强碱性指示剂的作用;在pH值为2~6的酸性溶液中,500 nm与590 nm发光峰强度比与pH值之间呈现良好的线性关系,展现了作为pH值比率荧光探针的应用潜力。     

超声法制备碳量子点发光性能的影响因素分析

超声法制备碳量子点过程简单,成本低廉,不易产生二次污染,应用前景广泛。为优化超声法制备碳量子点的各工艺参数,制备了关键工艺参数不同的碳量子点样品,测试其发射与激发光谱,分析了量子点浓度,溶剂种类,辅助剂种类、浓度,超声功率、时间等参数对碳量子点发光性能影响。结果表明超声法制备的碳量子点具有激发光波长依赖性,发射峰位置随激发波长的变化而发生明显改变;碳量子点浓度增加,发光强度由于非辐射能量传递和团聚作用,先增大后减小;由于溶剂效应,碳量子点在乙醇中比在水中发光强度更强,波长更短,且浓度越大时波峰移动越明显;相比盐酸,以NaOH为辅助剂制备的碳量子点表面钝化程度高,发光强度强;增加辅助剂NaOH浓度可提高量子点表面钝化程度,增大发光强度;同等时间下增加超声功率或同等功率下适量增加超声时间,可制备更多的碳量子点样品,但超声时间过长,碳量子点容易发生团聚猝灭现象。以上影响因素分析为超声法制备碳量子点的工艺参数优化提供了理论基础,有利于碳量子点大规模低成本的生产应用。     

ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点发光光谱特性的研究

ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点是一种无毒,无重金属的“绿色”半导体纳米材料。在研究中,制备了三种尺寸的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核壳量子点,其直径分别为3.3,2.7,2.3 nm。通过测量不同尺寸的ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的光致发光光谱,其发射峰值波长随尺寸的减小而蓝移。其吸收峰值波长和发射峰值波长分别是510,611(3.3 nm),483,583(2.7 nm)以及447,545 nm(2.3 nm)。ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点具有显著的尺寸依赖效应。ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的斯托克斯位移分别为398 meV(3.3 nm),436 meV(2.7 nm)以及498 meV(2.3 nm),这样大的斯托克斯位移证明,ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的发光机制与缺陷能级有关。同时,对直径为3.3 nm的ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点进行了温度依赖的光致发光光谱的测量,当温度为15～90 ℃时,该量子点发射峰值波长随温度的升高而红移,发光强度随温度的升高而降低,说明ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点是以导带能级与缺陷能级之间跃迁为主的复合发光。     

Single-photon emitters in van der Waals materials

Solid-state sources of single-photon emitters are highly desired for scalable quantum photonic applications, such as quantum communication, optical quantum information processing, and metrology. In the past year, great strides have been made in the characterization of single defects in wide-bandgap materials, such as silicon carbide and diamond, as well as single molecules, quantum dots, and carbon nanotubes. More recently, single-photon emitters in layered van der Waals materials attracted tremendous attention, because the two-dimensional(2 D)lattice allows for high photon extraction efficiency and easy integration into photonic circuits. In this review, we discuss recent advances in mastering single-photon emitters in 2 D materials, electrical generation pathways,detuning, and resonator coupling towards use as quantum light sources. Finally, we discuss the remaining challenges and the outlooks for layered material-based quantum photonic sources.     

Zn(BTZ)2白色有机电致发光材料的合成及其器件制备

以PCl₃为脱水剂,将邻氨基硫酚与水杨酸脱水环化合成出2-(2-羟基苯基)苯并噻唑,并进一步将所得产物与乙酸锌反应合成出2-(2-羟基苯基)苯并噻唑螯合锌(Zn(BTZ)₂)材料。以该配合物作为发光层制备出结构为ITO/PVK:TPD/Zn(BTZ)₂/Al近白色电致发光器件,其色坐标位于白场之内(x=0.242,y=0.359),在驱动电压为16V时,亮度达3200cdm²,对应的量子效率为0.32%。进一步在Zn(BTZ)₂中掺入橙红色染料Rubrene,制成ITO/PVK:TPD/Zn(BTZ)₂:Rubrene/Al结构器件,实现了纯白色发光(色坐标值:x=0.324,y=0.343),非常接近于白色等能点,且量子效率达0.47%。最后对上述器件的发光和电学性能进行了深入的研究和探讨。     

硅基光源的研究进展

随着人们对大容量、高速和低成本的信息传播的要求越来越迫切, 近年来硅基光电子学得以蓬勃发展, 但硅基光源一直没有得到真正的解决, 成为制约硅基光电子学发展的瓶颈. 硅的间接带隙本质给高效硅基光源的实现带来很大困难, 实用化的硅基激光是半导体科学家长期奋斗的目标. 本文分别介绍了硅基发光材料、硅基发光二极管和硅基激光的研究进展, 最后总结了目前各种硅基光源面临的问题和未来的发展方向.     

碳纳米管受限空间对共轭高分子聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)链段运动行为的影响

在纳米受限空间中,高分子往往会表现出与本体状态不同的性质,如异常的链段运动特性及晶相间转变行为等,这些性质对于研究和开发新型高分子材料具有重要的意义,因此针对受限环境下高分子的物理化学特性研究也一直是高分子界关注的焦点.本文通过化学气相沉积法制备垂直取向排列的多壁碳纳米管阵列,借助溶剂润湿–收缩法获得规整的高密度阵列结构,其取向排列的碳纳米管间隙形成了准一维的纳米受限空间,尺寸在5—50 nm尺度下可调.进一步将共轭高分子聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)(PFO)填充到碳管间隙的纳米空间中,制备PFO与取向多壁碳纳米管阵列复合膜.结果发现在碳纳米管形成的纳米受限空间中,PFO的链段热运动行为与本征态PFO薄膜相比受到了明显的抑制,不同晶型间转变速度大大减缓,提高了构象的热稳定性,同时取向排列的碳纳米管对PFO分子链取向排列分布具有明显的诱导作用,有利于获得高性能的PFO晶体.这种高密度取向排列的碳纳米管阵列结构未来可以用于制备优良发光性能及高稳定性的PFO光电器件.     

广色域钙钛矿量子点/荧光粉转换白光LED

报道了一种使用绿色CsPb（Br_0.75I_0.25）₃无机钙钛矿量子点（PeQDs）和红色K₂SiF₆：Mn⁴⁺（KSF）荧光粉作为荧光转换材料实现广色域白光LED的方法。合成了绿色CsPb（Br_0.75I_0.25）₃量子点,峰值波长为526 nm,半高宽度为27 nm,具有很好的单色性。采用蓝光LED芯片、红色KSF荧光粉和绿色CsPb（Br_0.75I_0.25）₃ PeQDs组合能够覆盖CIE 1931颜色空间中很广的色域,达到NTSC标准色域的107%。利用丝网印刷和紫外固化工艺制作了PeQDs薄膜、KSF薄膜和PeQDs-KSF混合薄膜,与蓝光LED芯片组合得到了3种不同封装形式的白光LED器件。研究了不同封装形式对器件光学特性的影响,KSF薄膜在外侧的样品光效最高,为102 lm/W,色温为7 100 K。     

Fabrication of three‐dimensional photonic crystals in quantum‐dot‐based materials

Controlling spontaneous emission (SE) is of fundamental importance to a diverse range of photonic applications including but not limited to quantum optics, low power displays, solar energy harvesting and optical communications. Characterized by photonic bandgap (PBG) property, three‐dimensional (3D) photonic crystals (PCs) have emerged as a promising synthetic material, which can manipulate photons in much the same way as a semiconductor does to electrons. Emission tunable nanocrystal quantum dots (QDs) are ideal point sources to be embedded into 3D PCs towards active devices. The challenge however lies in the combination of QDs with 3D PCs without degradation of their emission properties. Polymer materials stand out for this purpose due to their flexibility of incorporating active materials. Combining the versatile multi‐photon 3D micro‐fabrication techniques, active 3D PCs have been fabricated in polymer‐QD composites with demonstrated control of SE from QDs. With this milestone novel miniaturized photonic devices can thus be envisaged.     

基于CdSe/ZnS量子点光转化层的高稳定性白光LED器件

采用一步法合成了510,550和630 nm三种峰值的高稳定性、高量子效率核壳结构CdSe/ZnS量子点材料,其量子产率分别达到82%,98%,97%。将该量子点材料取代传统的荧光粉材料,与硅胶均匀混合后作为光转换层涂覆到蓝色InGaN LED芯片上,制备了白光LED器件。通过依次添加不同颜色量子点制备的量子点光转换层,考察了510,550和630 nm三色CdSe/ZnS量子点在硅胶中的不同配比对白光LED器件性能的影响,研究了不同颜色量子点之间的能量转换机制,利用量子点对白光光谱及其色坐标的影响机制,得到优化的白光器件结果及其三色量子点的配比,结果表明,当绿色、黄绿色、红色三种量子点之间的配比为24∶7∶10时,得到高稳定性、高效率的正白光器件特性,在电流20～200 mA范围内,色温变化为4 607～5 920 K,色坐标变化为（0.355 1,0.348 3）～（0.323 4,0.336 1）,显色指数变化为77.6～84.2,器件最高功率效率达到31.69 lm W-1@20 mA。另外,为了进一步考察器件性能稳定的原因,研究了时间、温度以及UV处理对CdSe/ZnS QDs/硅胶混合光转换材料稳定性的影响,结果表明,器件的高稳定性可归因于所采用的一步法合成的核壳结构量子点材料本身的稳定性,研究的优化器件结果是一种低能耗的优质白光光源,可使人们真实地感知物体的原貌,在正白光光源领域具有很好的应用前景。     

基于一种新型有机金属配合物的量子阱结构有机电致白光器件的性能研究

利用一种新型有机金属配合物二(2-(4-三氟甲基-2-羟基苯基)苯并噻唑锌(Zn(4-TfmBTZ)₂),基于NPB/Zn(4-TfmBTZ)₂界面电致激基复合物,制备了一系列异质结量子阱结构有机电致白光器件.结果表明,量子阱结构可以有效提高界面电致激基复合物的发光效率以及器件的显色指数和色度稳定性.得出器件ITO/NPB (60 nm)/Zn(4-TfmBTZ)₂(3.0 nm)/NPB (4.0 nm)/Zn(4-TfmBTZ)_{关键词： 二(2-(4-三氟甲基-2-羟基苯基)苯并噻唑锌 电致激基复合物 量子阱 白光}     

Two‐dimensional microcavity lasers

Advances in processing technology, such as quantum‐well structures and dry‐etching techniques, have made it possible to create new types of two‐dimensional (2D) microcavity lasers which have 2D emission patterns of output laser light although conventional one‐dimensional (1D) edge‐emitting‐type lasers have 1D emission. Two‐dimensional microcavity lasers have given nice experimental stages for fundamental researches on wave chaos closely related to quantum chaos. New types of 2D microcavity lasers also can offer the important lasing characteristics of directionality and high‐power output light, and they may well find applications in optical communications, integrated optical circuits, and optical sensors. Fundamental physics of 2D microcavity lasers has been reviewed from the viewpoint of classical and quantum chaos, and recently developed theoretical approaches have been introduced. In addition, nonlinear dynamics due to the interaction among wave‐chaotic modes through the active lasing medium is explained. Applications of 2D microcavity lasers for directional emission with strong light confinement are introduced, as well as high‐precision rotation sensors designed by using wave‐chaotic properties.     

2, 6-双(2-苯并咪唑)吡啶-乙酸锌的合成和光谱性能

合成了一种新型的蓝光发射材料2,6-双(2-苯并咪唑)吡啶-乙酸锌,并利用元素分析、红外光谱、UV-Vis吸收谱、荧光激发光谱和荧光发射光谱研究了其结构、光学特性、能级结构和发光机理。结果表明,2,6-双(2-苯并咪唑)吡啶-乙酸锌是一种三齿配体的发光材料。在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液体系中测定了材料的紫外吸收光谱,2,6-双(2-苯并咪唑)吡啶的吸收峰波长主要为330,344nm;2,6-双(2-苯并咪唑)吡啶-乙酸锌的吸收峰波长主要为346,366nm。禁带宽度为3.01eV,在紫外光激发下,在DMF溶液体系中的荧光发射峰在458nm处,固态荧光发射峰在475nm,均为蓝色荧光,色纯度高,荧光量子效率高,其荧光发射主要来源于长波吸收带,最大波长吸收带对荧光发射贡献最大。有望通过合理的设计运用到有机电致发光器件中去。