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稀土納米晶像大海中一座“絕緣小島”，唯有光能飛躍“天塹”，電卻無(wú)路可達(dá)。黑龍江大學(xué)許輝教授團(tuán)隊(duì)與合作者在“小島”周?chē)芷馃o(wú)數(shù)有機(jī)“光電橋梁”，讓天塹變通途，使得“電激發(fā)絕緣體發(fā)光”的不可能變?yōu)榭赡堋?1月20日，相關(guān)成果以“捕獲電生激子實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的鑭系納米晶電致發(fā)光”為題，在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》，為光電材料領(lǐng)域開(kāi)辟新方向。

鑭系摻雜納米晶因色純度高、穩(wěn)定性好、色域可調(diào)被稱(chēng)為“發(fā)光寶石”，但其天生絕緣的特性導(dǎo)致電荷無(wú)法注入，難以應(yīng)用于平板顯示等光電領(lǐng)域，這一困境長(zhǎng)期困擾全球科研界。傳統(tǒng)電荷強(qiáng)行注入思路屢遭失敗，許輝團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院、新加坡國(guó)立大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員另辟蹊徑，提出“巧建橋梁”的創(chuàng)新策略。

團(tuán)隊(duì)借鑒光合作用原理，在稀土納米晶表面構(gòu)建系列功能化有機(jī)配體作為“光電橋梁”。這些配體如同“葉綠素”，可高效捕獲電激發(fā)產(chǎn)生的能量并精準(zhǔn)傳遞至納米晶，實(shí)現(xiàn)“電激發(fā)絕緣體發(fā)光”的突破。其中篩選的最佳分子CzPPOA，能量捕獲效率接近100%，傳遞效率高達(dá)96.7%，從機(jī)制上解決了絕緣材料電致發(fā)光的核心瓶頸。

該成果展現(xiàn)顯著性能優(yōu)勢(shì)：制備的綠色電致發(fā)光器件外量子效率達(dá)5.9%，較未功能化納米晶器件提升76倍；無(wú)需改變器件結(jié)構(gòu)，僅調(diào)整稀土離子摻雜種類(lèi)，即可實(shí)現(xiàn)綠色、暖白色至近紅外光的連續(xù)精準(zhǔn)調(diào)控。“這意味著，未來(lái)的顯示器件可能不需要為每一種顏色都重新設(shè)計(jì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這為簡(jiǎn)化工藝、降低成本打開(kāi)了全新的想象空間。”許輝表示。

這項(xiàng)突破打破“絕緣體無(wú)法電致發(fā)光”的傳統(tǒng)認(rèn)知，更構(gòu)建了全新研究范式——通過(guò)復(fù)合技術(shù)整合不同材料優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化，為能源、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域提供科研新思路。

（受訪單位供圖）