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近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)肖正國(guó)教授研究團(tuán)隊(duì)在提高鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）壽命方面取得了重要進(jìn)展。他們提出了一種被稱作“弱空間限域”的新方法，制備出了晶體顆粒更大、更耐高溫的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦薄膜，成功將LED亮度提高到116萬(wàn)尼特以上，使用壽命超過(guò)18萬(wàn)小時(shí)。6月11日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》期刊上。

不同空間限域的鈣鈦礦示意圖

鈣鈦礦是一種性能優(yōu)越的新型材料，具有高發(fā)光效率、成本低廉和制作靈活的優(yōu)點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池、LED和探測(cè)器中應(yīng)用前景廣泛。然而，由于傳統(tǒng)的鈣鈦礦材料中，電子和空穴（負(fù)責(zé)發(fā)光的電荷）難以有效碰撞發(fā)光，因此科研人員之前多采用“強(qiáng)空間限域”的方法——例如制作非常小的納米顆?；驑O薄的材料層，來(lái)提高發(fā)光效率。但這種方法的缺點(diǎn)是LED很難達(dá)到高亮度，而且使用壽命短，通常只能持續(xù)工作數(shù)小時(shí)，很難應(yīng)用在實(shí)際生活中的產(chǎn)品中。

肖正國(guó)（左）與彭琛琛（右）討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了解決這一難題，肖正國(guó)團(tuán)隊(duì)提出了一種完全不同的策略——“弱空間限域”。他們?cè)阝}鈦礦材料里添加了特定的化合物，即次磷酸和氯化銨，通過(guò)高溫退火工藝，制備出晶體顆粒更大、缺陷更少的新型鈣鈦礦薄膜。這種新材料內(nèi)部更加有序，避免了傳統(tǒng)方法制備出的小晶體所帶來(lái)的缺陷問(wèn)題，極大地提升了LED的穩(wěn)定性和亮度。

研究表明，在效率方面，這種新型鈣鈦礦LED的發(fā)光效率超過(guò)22%，與商業(yè)化顯示產(chǎn)品的發(fā)光效率持平。與目前市場(chǎng)上的主流商用OLED或LED屏幕相比，新型鈣鈦礦LED的極限亮度達(dá)到了116萬(wàn)尼特。人們?nèi)粘Ｊ褂玫娘@示屏幕最高亮度通常在數(shù)千尼特以內(nèi)，所以按照正常亮度100尼特計(jì)算，新型鈣鈦礦LED理論上能使用超過(guò)18萬(wàn)小時(shí)，已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化LED產(chǎn)品的廣泛標(biāo)準(zhǔn)。

威格柔性太陽(yáng)能電池產(chǎn)線

研究人員介紹，這項(xiàng)突破性技術(shù)不僅成功克服了以往鈣鈦礦LED在效率和穩(wěn)定性上難以兼得的技術(shù)瓶頸，更有望在未來(lái)廣泛應(yīng)用于高端顯示屏、超高亮度照明等領(lǐng)域，推動(dòng)LED技術(shù)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。

威格手套箱能夠在鈣鈦礦研究中發(fā)揮重要作用，其專業(yè)的惰性氣氛保護(hù)設(shè)備可保護(hù)鈣鈦礦材料，降低損耗并減少雜質(zhì)，有效防止鈣鈦礦原材料的性能降低和污染問(wèn)題，為研究員們產(chǎn)提供安全穩(wěn)定的操作環(huán)境。團(tuán)隊(duì)合影該研究由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院博士研究生彭琛琛、姚海濤、Othman Ali、特任副研究員陳文靜和復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院楊迎國(guó)研究員共同完成，肖正國(guó)教授為通訊作者。