華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張卓磊課題組在高通量光子器件領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

2026-03-04 09:35:20華中科技大學(xué)閱讀量：1136      我要評論

　　2月6日，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張卓磊教授課題組在高通量光子器件領(lǐng)域取得重要進(jìn)展：實(shí)現(xiàn)納米晶高溫“越熱越亮”，在 >400 K 高溫工況下仍顯著抑制熱淬滅、保持穩(wěn)定輸出。相關(guān)成果以題為“Intrinsically Thermally Robust Nanocrystals for High-Flux Photonics”的論文發(fā)表在期刊Advanced Materials上。

　　隨著智能車燈Micro-LED、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)光引擎、光互連以及固態(tài)LiDAR等高亮度光子平臺快速發(fā)展，器件在高電流、高輻亮度下工作時(shí)會產(chǎn)生顯著自熱，結(jié)溫/熒光層溫度常常超過400 K。在這一溫度區(qū)間，主流膠體發(fā)光體系(II–VI、III–V、I–III–VI?、IV族量子點(diǎn)及鹵化物鈣鈦礦納米晶等)普遍出現(xiàn)發(fā)光效率快速衰減與色漂，導(dǎo)致光通維持、色度穩(wěn)定和長期可靠性難以滿足應(yīng)用需求?，F(xiàn)有“外部包覆/封裝式”的熱穩(wěn)策略(長鏈配體、聚合物基體、氧化物殼層等)往往帶來有機(jī)基體黃化、殼層聲子瓶頸、熱阻升高或界面缺陷復(fù)活等副作用，難以在高溫強(qiáng)工況下兼顧高效與穩(wěn)定。如何將熱穩(wěn)性從“外部防護(hù)”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;材料內(nèi)稟屬性”，成為高通量光子器件材料體系亟需突破的關(guān)鍵科學(xué)問題。

　　針對上述挑戰(zhàn)，課題組提出“晶格編碼(lattice-encoded)的內(nèi)稟熱穩(wěn)化學(xué)”新策略：以零維Sb³?摻雜Cs?LnCl?納米晶為平臺，利用受控升溫(controlled-ramp heating-up)合成在近熱力學(xué)平衡的擴(kuò)散限制窗口內(nèi)協(xié)同調(diào)控位點(diǎn)占據(jù)與缺陷化學(xué)，構(gòu)建剛性、低聲子能的[ BX? ]³?孤立八面體單元，從源頭抑制多聲子弛豫與熱致非輻射損失；同時(shí)實(shí)現(xiàn)Å尺度深能級陷阱的可編程分布(約0.6–1.2 eV)，在升溫過程中通過“捕獲—釋放”循環(huán)將熱激活載流子回灌至輻射通道，形成陷阱補(bǔ)償型反熱猝滅，并可進(jìn)一步耦合Ln3+ 4f能級級聯(lián)實(shí)現(xiàn)溫度不敏感的輻射躍遷?；谠摍C(jī)制，材料發(fā)射可在深紫到窄帶綠/黃之間調(diào)控，在約410 K附近實(shí)現(xiàn)顯著的高溫增強(qiáng)(最高可達(dá)室溫發(fā)光強(qiáng)度的約160%)且維持高發(fā)光量子效率(>93%)。

　　更重要的是，該內(nèi)稟耐熱策略在器件端實(shí)現(xiàn)了“高電流—高溫—低色漂”的綜合性能：在1.4 A高驅(qū)動條件下(結(jié)溫約410 K)，器件光通維持率在50小時(shí)連續(xù)工作后仍保持在90%左右，并實(shí)現(xiàn)<1%的色度漂移；其高溫高通量工況下的穩(wěn)定輸出顯著優(yōu)于對比的傳統(tǒng)納米晶參考體系。該工作將熱穩(wěn)性從外部包覆的工程優(yōu)化提升為可設(shè)計(jì)、可外推的晶格/缺陷協(xié)同范式，為高通量固態(tài)照明、全彩顯示與高可靠光子感知等應(yīng)用提供了可推廣的材料設(shè)計(jì)框架。

　　本研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金和華中科技大學(xué)交叉研究計(jì)劃等資助支持。華中科技大學(xué)為論文第一完成單位和通訊單位?；瘜W(xué)與化工學(xué)院肖夏楚為論文第一作者，張卓磊教授為論文唯一通訊作者。

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