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TCL華星團隊在納米粒子組裝領(lǐng)域取得重大突破
來源：
時間：2024-07-09 18:44:04
在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時代，材料科學(xué)領(lǐng)域的每一次突破都可能引發(fā)一系列的技術(shù)變革。膠體納米量子點（QD）以其卓越的光學(xué)、電子和化學(xué)特性，成為眾多研究的焦點，在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，如何將多粒子精確組裝成圖案化的固態(tài)設(shè)備，一直是科學(xué)界面臨的挑戰(zhàn)。
膠體納米量子點（QD）由于其出色的光學(xué)、電子和化學(xué)特性，已經(jīng)在催化、傳感器、生物技術(shù)、電子學(xué)、光電探測器和顯示器等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。相較于單一粒子體系，由兩種或多種不同材料構(gòu)成的多粒子系統(tǒng)，憑借其各個組分的獨特優(yōu)勢或綜合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的新功能，呈現(xiàn)出更為豐富多樣的性能和功能。但將多粒子精準(zhǔn)控制組裝成圖案化的固態(tài)設(shè)備，至今仍是一個亟待攻克的難題。
電泳沉積（EPD）技術(shù)憑借電場將帶電粒子在基板上沉積成膜，適用于各類材料和任意形狀的基板，具有設(shè)備簡便、操作靈活、成本低廉且適應(yīng)性強的特點，具備控制多種粒子規(guī)律組裝的內(nèi)在潛力。
鑒于此，近日，TCL華星的趙金陽博士、陳黎暄博士研究團隊聯(lián)合北京交通大學(xué)的唐愛偉教授提出了一種多粒子協(xié)同電泳沉積策略，成功實現(xiàn)了可控組裝、高效率和高分辨率的顯示圖案。相關(guān)成果以“Multiparticle Synergistic Electrophoretic Deposition Strategy for High-Efficiency and High-Resolution Displays”為題，發(fā)表于國際著名期刊《ACS Nano》。
研究人員選取二氧化硅（SiO2）和二氧化鈦（TiO2）納米粒子與量子點（QD）集成，協(xié)同納米粒子的間隔作用和散射效應(yīng)，旨在解決單一組分QD膜中因共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）導(dǎo)致的發(fā)光效率降低問題。通過精細的表面設(shè)計，研究人員利用EPD技術(shù)達成了QD、SiO2和TiO2納米粒子的精確共沉積，提升了QD薄膜的發(fā)光效率
（圖1）。
研究表明，通過調(diào)整帶電粒子的遷移率，能夠調(diào)控粒子的運動速度，進而控制多粒子在同一懸浮液中的沉積順序。本文針對QD和不同配體含量的SiO2粒子的協(xié)同沉積展開研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SiO2粒子遷移率低于或高于QD時，會形成分層或梯度分布結(jié)構(gòu)的多粒子膜；而二者遷移率相當(dāng)時則形成均勻分布的多粒子膜
（圖2）。其中，粒子的梯度分布能夠獲取光學(xué)梯度結(jié)構(gòu)，而均勻分布的共沉積膜則能夠?qū)崿F(xiàn)QD光致發(fā)光性能的顯著增強。
通過調(diào)節(jié)QD和SiO2的比例，優(yōu)化了共沉積膜中QD的間距，進一步引入TiO2粒子并利用其散射效應(yīng)，提高了藍光吸收和能量轉(zhuǎn)化效率。實驗結(jié)果顯示，與單一量子點相比，多粒子協(xié)同系統(tǒng)大幅提高了光致發(fā)光性能。紅光和綠光共沉積膜的光致發(fā)光量子效率(PLQE)分別提升了2.3倍和3.1倍，達到了46.0%和43.8%。
研究人員運用該多粒子協(xié)同電泳沉積技術(shù)，在大面積圖案面板上制備了紅綠雙色多粒子共沉積陣列，成功實現(xiàn)了超過1000 PPI的高分辨全彩顯示（圖3），展現(xiàn)出在高效高分辨率顯示器領(lǐng)域的巨大潛力。
這種多粒子共沉積策略在加工納米材料時，具備控制粒子組裝和調(diào)控粒子分布的獨特優(yōu)勢，在實現(xiàn)高性能光電器件方面潛力巨大。并且，這一策略能夠拓展至開發(fā)具備不同功能的各類材料，包括均勻復(fù)合材料和梯度功能材料（如光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)梯度功能材料等）。因此，依據(jù)特定需求定制多粒子系統(tǒng)的組成，研究人員能夠在光電子和生物應(yīng)用等領(lǐng)域，研發(fā)出更多高效能的功能器件。
TCL華星的李雪飛博士為本論文第一作者，趙金陽博士、陳黎暄博士和北京交通大學(xué)的唐愛偉教授為本論文通訊作者。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃(2022YFB3603600、2022YFB3606501)、廣東省科技計劃項目(2021B1212050009)和北京市自然科學(xué)基金(Z220007)的資助。
TCL華星團隊的這一研究成果為納米粒子的組裝和應(yīng)用開辟了新的道路，有望在未來推動高性能光電器件的發(fā)展，為相關(guān)領(lǐng)域帶來更多創(chuàng)新和突破。相信在科研人員的不斷努力下，這一技術(shù)將不斷完善和拓展，為科技進步和人類生活帶來更多福祉。
膠體納米量子點（QD）由于其出色的光學(xué)、電子和化學(xué)特性，已經(jīng)在催化、傳感器、生物技術(shù)、電子學(xué)、光電探測器和顯示器等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。相較于單一粒子體系，由兩種或多種不同材料構(gòu)成的多粒子系統(tǒng)，憑借其各個組分的獨特優(yōu)勢或綜合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的新功能，呈現(xiàn)出更為豐富多樣的性能和功能。但將多粒子精準(zhǔn)控制組裝成圖案化的固態(tài)設(shè)備，至今仍是一個亟待攻克的難題。
電泳沉積（EPD）技術(shù)憑借電場將帶電粒子在基板上沉積成膜，適用于各類材料和任意形狀的基板，具有設(shè)備簡便、操作靈活、成本低廉且適應(yīng)性強的特點，具備控制多種粒子規(guī)律組裝的內(nèi)在潛力。
鑒于此，近日，TCL華星的趙金陽博士、陳黎暄博士研究團隊聯(lián)合北京交通大學(xué)的唐愛偉教授提出了一種多粒子協(xié)同電泳沉積策略，成功實現(xiàn)了可控組裝、高效率和高分辨率的顯示圖案。相關(guān)成果以“Multiparticle Synergistic Electrophoretic Deposition Strategy for High-Efficiency and High-Resolution Displays”為題，發(fā)表于國際著名期刊《ACS Nano》。
研究人員選取二氧化硅（SiO2）和二氧化鈦（TiO2）納米粒子與量子點（QD）集成，協(xié)同納米粒子的間隔作用和散射效應(yīng)，旨在解決單一組分QD膜中因共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）導(dǎo)致的發(fā)光效率降低問題。通過精細的表面設(shè)計，研究人員利用EPD技術(shù)達成了QD、SiO2和TiO2納米粒子的精確共沉積，提升了QD薄膜的發(fā)光效率
（圖1）。研究表明，通過調(diào)整帶電粒子的遷移率，能夠調(diào)控粒子的運動速度，進而控制多粒子在同一懸浮液中的沉積順序。本文針對QD和不同配體含量的SiO2粒子的協(xié)同沉積展開研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SiO2粒子遷移率低于或高于QD時，會形成分層或梯度分布結(jié)構(gòu)的多粒子膜；而二者遷移率相當(dāng)時則形成均勻分布的多粒子膜
（圖2）。其中，粒子的梯度分布能夠獲取光學(xué)梯度結(jié)構(gòu)，而均勻分布的共沉積膜則能夠?qū)崿F(xiàn)QD光致發(fā)光性能的顯著增強。通過調(diào)節(jié)QD和SiO2的比例，優(yōu)化了共沉積膜中QD的間距，進一步引入TiO2粒子并利用其散射效應(yīng)，提高了藍光吸收和能量轉(zhuǎn)化效率。實驗結(jié)果顯示，與單一量子點相比，多粒子協(xié)同系統(tǒng)大幅提高了光致發(fā)光性能。紅光和綠光共沉積膜的光致發(fā)光量子效率(PLQE)分別提升了2.3倍和3.1倍，達到了46.0%和43.8%。
研究人員運用該多粒子協(xié)同電泳沉積技術(shù)，在大面積圖案面板上制備了紅綠雙色多粒子共沉積陣列，成功實現(xiàn)了超過1000 PPI的高分辨全彩顯示（圖3），展現(xiàn)出在高效高分辨率顯示器領(lǐng)域的巨大潛力。
這種多粒子共沉積策略在加工納米材料時，具備控制粒子組裝和調(diào)控粒子分布的獨特優(yōu)勢，在實現(xiàn)高性能光電器件方面潛力巨大。并且，這一策略能夠拓展至開發(fā)具備不同功能的各類材料，包括均勻復(fù)合材料和梯度功能材料（如光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)梯度功能材料等）。因此，依據(jù)特定需求定制多粒子系統(tǒng)的組成，研究人員能夠在光電子和生物應(yīng)用等領(lǐng)域，研發(fā)出更多高效能的功能器件。
TCL華星的李雪飛博士為本論文第一作者，趙金陽博士、陳黎暄博士和北京交通大學(xué)的唐愛偉教授為本論文通訊作者。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃(2022YFB3603600、2022YFB3606501)、廣東省科技計劃項目(2021B1212050009)和北京市自然科學(xué)基金(Z220007)的資助。
TCL華星團隊的這一研究成果為納米粒子的組裝和應(yīng)用開辟了新的道路，有望在未來推動高性能光電器件的發(fā)展，為相關(guān)領(lǐng)域帶來更多創(chuàng)新和突破。相信在科研人員的不斷努力下，這一技術(shù)將不斷完善和拓展，為科技進步和人類生活帶來更多福祉。
