12月26日，由教育部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)組織評(píng)選的2016年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”經(jīng)過形式審查、學(xué)部初評(píng)、項(xiàng)目終審評(píng)選專項(xiàng)工作等流程后在京揭曉。南京工業(yè)大學(xué)“高效鈣鈦礦發(fā)光器件研究”成功入選。

照明對(duì)于人類文明的重要性不言而喻。從遠(yuǎn)古時(shí)期的火把、中世紀(jì)的蠟燭，到近代的油燈、現(xiàn)代的電燈和當(dāng)代的LED，人類尋找新型光源的腳步從未停歇。當(dāng)前，照明消耗了全球發(fā)電量的30%以上，探索環(huán)境友好、高效節(jié)能的照明系統(tǒng)愈發(fā)重要。有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的發(fā)光性能和可大面積低成本加工的潛力，在照明與顯示領(lǐng)域具有廣闊前景。

南京工業(yè)大學(xué)黃維院士和王建浦教授領(lǐng)導(dǎo)的IAM團(tuán)隊(duì)是國(guó)際上最早認(rèn)識(shí)到此類材料的發(fā)光潛力，并著力設(shè)計(jì)并制備鈣鈦礦發(fā)光二極管器件的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)之一。2014年，他們?cè)趪?guó)內(nèi)率先開展了基于鈣鈦礦材料LED的研究，通過構(gòu)建二極管結(jié)構(gòu)和對(duì)界面進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)最高效率的綠光和近紅外光鈣鈦礦LED，展示了鈣鈦礦材料在發(fā)光領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。此后，他們一面在南工剛剛搭建、條件并不完善的實(shí)驗(yàn)室里開展理論和實(shí)驗(yàn)研究，一面針對(duì)二維鈣鈦礦材料發(fā)光效率低而三維鈣鈦礦材料成膜性和穩(wěn)定性差的問題，加強(qiáng)與英國(guó)劍橋大學(xué)、瑞典林雪平大學(xué)、浙江大學(xué)、南京郵電大學(xué)等國(guó)內(nèi)外高校的緊密合作、協(xié)同創(chuàng)新，共同攻克世界性的難題。

2016年，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地利用溶液自組裝方法制備了多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦發(fā)光材料。該材料不僅保持了二維鈣鈦礦成膜質(zhì)量高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，而且在不同帶隙量子阱之間可發(fā)生快速的階梯能量轉(zhuǎn)移，有效克服了常溫下二維鈣鈦礦激子易猝滅的缺點(diǎn)。在世界上首次實(shí)現(xiàn)了外量子效率達(dá)11.7%的高效鈣鈦礦電致發(fā)光器件，同時(shí)器件壽命較三維鈣鈦礦器件提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。系列創(chuàng)新性研究成果相繼發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上，并已申請(qǐng)兩項(xiàng)發(fā)明專利。其中，主要代表性成果于2016年9月26日在Nature Photonics上作為封面文章發(fā)表，是全球首篇鈣鈦礦發(fā)光器件外量子效率突破10%的報(bào)道，也是目前此類器件的世界最高效率，為鈣鈦礦材料及其在發(fā)光領(lǐng)域的研究開拓了新方向，被《科技日?qǐng)?bào)》等媒體廣泛報(bào)道。

據(jù)王建浦教授介紹，他們研制的高效鈣鈦礦LED兼具有機(jī)和無機(jī)半導(dǎo)體材料的優(yōu)勢(shì)，具有兩大“利好”：一是，無機(jī)LED是小面積點(diǎn)式發(fā)光，通常不能直接做顯示屏，而有機(jī)LED可以做顯示屏但效率不如無機(jī)LED。但鈣鈦礦LED有別于傳統(tǒng)無機(jī)LED，即能實(shí)現(xiàn)高效還可以做顯示屏，且呈像色彩更為鮮艷。二是，鈣鈦礦LED應(yīng)用在照明上優(yōu)勢(shì)也很明顯。其一改傳統(tǒng)的LED室內(nèi)照明點(diǎn)狀發(fā)光為面狀發(fā)光，使室內(nèi)的光線不刺眼，更接近自然光，增加舒適度。傳統(tǒng)無機(jī)LED只能做小面積，但利用這項(xiàng)成果可以做成類似天花板大的面積，且較之傳統(tǒng)無機(jī)發(fā)光材料具有缺陷密度低、發(fā)光效率高、色純度好等優(yōu)勢(shì)。

黃維院士領(lǐng)銜的IAM團(tuán)隊(duì)在有機(jī)光電材料領(lǐng)域有二十多年的豐富積累，近年又在柔性電子材料領(lǐng)域大放異彩。此次在高效鈣鈦礦發(fā)光器件研究方面取得的成果，為鈣鈦礦材料在太陽(yáng)能電池和其他發(fā)光器件的應(yīng)用帶來了新的曙光。黃維院士也指出，光與碳是21世紀(jì)有機(jī)電子發(fā)展的新方向，鈣鈦礦材料在太陽(yáng)能電池和LED領(lǐng)域取代傳統(tǒng)硅等無機(jī)半導(dǎo)體材料，將不是夢(mèng)想。