新兴零维金属卤化物的光致发光与应用研究进展

零维(0D)金属卤化物是一类新兴的发光材料体系,它们具有独特的"主-客"体结构,即独立的阴离子金属卤化物多面体客体规则有序地分布在有机阳离子或碱金属阳离子形成的主体框架中。这种具有相对较"软"晶格的0D金属卤化物材料的发光主要源于自陷激子(Self-trapped excitons, STEs)复合,其通常呈现出宽带发射,且具有大的斯托克斯位移。通过筛选不同的及多样化构型的金属卤化物多面体,将其与合适的有机阳离子或者Cs~+等组合,可形成多种新型结构的0D金属卤化物,并实现丰富的STEs发光特性,其可调节的荧光发射不仅可以覆盖整个可见光区,还可实现单相白光或近红外发光,成为光致发光材料研究领域的一个热点和重点。基于此,本文结合本课题组在该领域的研究工作基础,首先讨论了0D金属卤化物的光致发光机理;其次,介绍了具有不同多面体构型的0D金属卤化物材料的发光特性及应用;最后,总结了0D金属卤化物目前亟待解决的关键科学问题,并对0D金属卤化物的未来发展方向进行了展望。     

零维有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成、光物理性质及光电应用

零维（0D）有机-无机杂化金属卤化物作为一种重要的功能材料,由于其优异的发光特性,在照明、显示和X射线闪烁体等领域得到了广泛的关注。在0D有机-无机杂化金属卤化物中,金属卤化物多面体阴离子被有机阳离子包围并完全孤立,形成独特的“主-客体”结构。因此,0D有机-无机杂化金属卤化物通常表现出单个金属卤化物多面体的固有特性。然而,0D有机-无机杂化金属卤化物作为一种新兴的发光材料,除了包含显著的空间限域特征,其还有可调的微观相互作用,因此不同的成分对它们的发光物理机制具有显著的影响。基于此,本文首先介绍了0D有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成方法、晶体结构特征和发光物理机制;然后详细分析了0D有机-无机杂化金属卤化物发光物理机制的调控以及光电方面的应用;最后,对0D有机-无机杂化金属卤化物的未来应用和研究进行了总结和展望。     

非磁性发光材料的磁场效应:从有机半导体到卤化物钙钛矿

磁场效应(magnetic field effects, MFEs)指的是材料或器件的光电物理特性(包括光致发光、电致发光、注入电流、光电流等)在外加磁场下发生的变化.本文所述的是非磁性发光材料的MFEs,其首先在有机半导体光电器件中被发现.近十几年来, MFEs作为一种新兴的物理现象引起了广泛的研究;同时它也成为一种独特的实验手段,用以探讨有机半导体中电荷的输运、复合以及自旋极化等过程.近期的研究发现, MFEs不仅存在于有机半导体中,而且在拥有强自旋-轨道耦合作用的金属卤化物钙钛矿材料中被观测到,这既拓展了MFEs的研究方向,也为通过研究MFEs来探索金属卤化物钙钛矿器件的物理机制,进而为提升其器件性能提供了契机.本文重点关注有机半导体和卤化物钙钛矿在磁场下的电致发光和光致发光变化,即发光的磁场效应.回顾了到目前为止主流的理论模型和代表性实验现象,对比分析了磁场下有机半导体和卤化物钙钛矿的发光物理行为.以期为有机及钙钛矿磁场效应领域的研究提供一些思路,同时为有机及钙钛矿发光领域的发展贡献些许想法.     

非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有荧光量子产率高、发射光谱窄、发射波长可调等优异性能优势而备受关注。但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性是其未来在显示与照明领域实际应用中需要解决的问题。因此,探索与铅基卤化物钙钛矿光电性质相当、但更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料是势在必行的趋势。近年来,非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料的研究取得了显著进展。本文总结了非铅金属卤化物类钙钛矿材料的晶体结构、制备方法和发光机理。归纳了影响非铅金属卤化物类钙钛矿光电性能的因素,并列举了在光致和电致发光器件领域的应用。最后,就如何进一步提升非铅金属卤化物钙钛矿发光材料的性能做了总结和展望。     

有机-无机杂化铜（Ⅰ）基卤化物闪烁体研究进展

近年来,有机-无机杂化金属卤化物材料由于其优异的光电性质引起了研究人员的广泛关注。其中低维铜(Ⅰ)基卤化物作为高效发光材料的代表,在照明与显示、辐射探测等领域表现出良好的应用前景。有机无机杂化铜(Ⅰ)基卤化物的组成和结构丰富多变,给研究人员提供了巨大的研究空间。本文综述了有机-无机杂化铜(Ⅰ)基卤化物作为发光材料的研究进展,并以[CuX_n](X=Cl,Br,I)结构单元及其连接方式为依据,对离子型有机-无机杂化铜(Ⅰ)基卤化物进行了系统的分类,总结了其组成-结构-性质之间的构效关系。讨论了有机-无机杂化铜(Ⅰ)基卤化物的发光机制和光物理过程,并重点归纳了用于X射线探测的有机-无机杂化铜(Ⅰ)基卤化物闪烁体的最新进展。最后,对这一新兴的研究领域做出了展望。     

过渡金属配合物TADF发光材料研究进展

高效率利用三重态激子发光是制备高性能有机发光二极管（OLED）的关键。除磷光过渡金属配合物外,具有热活化延迟荧光（TADF）特性的过渡金属配合物能够将三重态激子上转换为单重态激子,进而通过单重态激子辐射发光,为开发金属配合物发光材料提供了新的途径。然而,过去十年来OLED发光材料的研究主要聚焦在纯有机TADF体系上,过渡金属配合物TADF材料的研究投入相对偏少。但是,已有研究表明金属配合物能够利用金属的重原子效应促进反向系间窜越（RISC）过程,提升TADF发光效率并缩短TADF寿命,有利于制备高效率、低滚降的OLED。本文根据金属中心不同的d电子构型分类筛选了TADF金属配合物研究领域中代表性的材料体系,对其激发态属性、光物理和器件性能进行了概括和讨论。通过对不同类型的TADF金属配合物发光性能的归纳和比较,揭示了金属中心和配体结构对配合物发光性质的影响规律,对进一步开发高性能的金属配合物TADF材料,尤其是基于廉价金属元素的TADF配合物具有重要的指导意义。     

荧光体CaSO_4∶Eu的近紫外发光性质

CaSO4∶Eu是一种人们早已较为熟知的发光材料,由于其优异的热释发光特性而被广泛应用于辐射剂量学方面。近年来由于崭新的光致发光液晶显示模式的出现,人们又对其近紫外发射特性产生了极大兴趣。考察了CaSO4∶Eu的发光特性和材料的各种制备方法,以及制备条件对发光性能的影响,特别是对其近紫外发射性能的影响。实验表明,对于还原彻底、结晶良好的样品,激活剂Eu几乎全部以二价铕离子的形式存在,是一种很好的近紫外发射材料。该材料能被低压汞蒸气放电辐射有效激发,其发射带的峰值在386 nm附近,随Eu的掺杂浓度不同而略有差异,半峰全宽约为16 nm,基本满足了近紫外发射的要求,可应用于光致发光液晶显示器件的背照明光源中。     

包含Mn2+离子的钙钛矿材料:合成、发光性质与应用(英文)

锰离子是发光材料家族中最重要的激活剂离子之一。锰离子无论是作为掺杂离子还是作为基质材料,都可以提高卤化物钙钛矿的发光性能。但是合成的驱动力不同,发光稳定性也不同;由于结合能和形成能的改变,热稳定性和环境稳定性也随之改变。锰离子的发光机理相对清晰明了。基质的激子发射和瞬态光导致晶格缺陷引起的自陷态发射也可能参与锰离子的发光机制。在这篇综述中,我们将分析不同类型结构的锰掺杂卤化物钙钛矿和锰基卤化物钙钛矿的发光机理,重点是锰离子的掺杂驱动力和掺杂策略。     

荧光体CaSO4：Eu的近紫外发光性质

CaSO₄:Eu是一种人们早已较为熟知的发光材料,由于其优异的热释发光特性而被广泛应用于辐射剂量学方面。近年来由于崭新的光致发光液晶显示模式的出现,人们又对其近紫外发射特性产生了极大兴趣。考察了CaSO₄:Eu的发光特性和材料的各种制备方法,以及制备条件对发光性能的影响,特别是对其近紫外发射性能的影响。实验表明,对于还原彻底、结晶良好的样品,激活剂Eu几乎全部以二价铕离子的形式存在,是一种很好的近紫外发射材料。该材料能被低压汞蒸气放电辐射有效激发,其发射带的峰值在386nm附近,随Eu的掺杂浓度不同而略有差异,半峰全宽约为16nm,基本满足了近紫外发射的要求,可应用于光致发光液晶显示器件的背照明光源中。     

MOVPE 生长GaN薄膜的 光致黄带发光与激发光源的相关性

用四种不同光源作为激发光源,研究了蓝宝石衬底金属有机物汽相外延方法生长的氮化镓薄膜的光致发光特性。结果发现用连续光作为激发光源时,光致发光谱中除出现365 nm的带边发射峰外,同时观察到中心波长位于约550 nm 的较宽黄带发光;而用脉冲光作为激发光源时其发光光谱主要是365 nm附近的带边发光峰,未观察到黄带发光。氮化镓薄膜的光致发光特性依赖于所用的激发光源性质。     

亚波长介质光栅对单层过渡金属硫化物的发光增强

过渡金属硫化物单层具有直接带隙,可产生较强的光致发光,这一特殊的性质使其在光电器件、光电探测等领域具有广泛的应用前景.由于只有原子级别的厚度以及存在激子的非辐射复合,其光致发光效率仍有待提高.本文设计了一种金膜-二氧化钛光栅-过渡金属硫化物单层组合结构,可大幅提升过渡金属硫化物单层光致发光效率.利用Purcell效应对自发辐射速率进行控制,得到峰值为3.4倍的发光增强.研究了单层二硫化钨以及单层二硒化钨在设计结构上的光致发光信号,通过实验证实了过渡金属硫化物单层与亚波长光栅耦合结构中光致发光增强的可行性,为二维材料在光电器件中的应用提供了一个新思路.     

混合发光层有机电致发光器件中的多重成分发射

以等摩尔空穴传输材料TPD和电子传输材料PBD组成结构为ITO/TPD/TPD∶PBD/PBD/Al的混合物发光层有机电致发光(EL)器件,观察到了相对于组成材料的荧光光谱红移的宽发射带。通过比较EL光谱,光致发光光谱及EL光谱分解,表明电致发光中同时包含单体发射、激基复合物和电荷对复合物的发射。激基复合物为TPD的激发态TPD*与PBD的基态相互作用形成TPD*PBD类型的复合物,电荷对复合物是带电荷的空穴传输分子(D+)的空穴和电子传输分子(A-)的电子交叉复合而形成的(D+-A-)*复合物。各激发态在电场作用下呈现不同的形成机理和复合过程,并且单体发射和激发态复合物的比例随电场而变化,导致发射光谱随电场增强而蓝移。该器件的最高亮度和最大外部量子效率分别为240 cd·(cm2)-1和0.49%。有机固态界面激基复合物或电荷对复合物的发射常出现宽的红移发射带,是调节发光颜色的有效手段。     

采用硫氰酸铵添加剂的高效天蓝色钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿发光器件具有可溶液加工、高发光效率和良好色纯度等诸多优良特性,受到了广泛的关注,但蓝色钙钛矿发光器件发光效率和光谱稳定性等方面的问题限制了钙钛矿材料在照明和显示领域的进一步发展.本工作研究硫氰酸铵添加剂对准二维混合卤化物钙钛矿薄膜形貌、结晶度、光物理和电致发光特性的影响.结果表明硫氰酸铵能有效钝化准二维混合卤化物钙钛矿薄膜的缺陷,提高结晶度,调节相分布,从而改善其电荷传输特性和发光效率.硫氰酸铵浓度为20%的准二维钙钛矿发光二极管的发光峰值波长位于486 nm处,器件的最大外量子效率为5.83%,最大亮度为1258 cd/m~2,分别比未添加硫氰酸铵的器件提升了 6.7倍和3.6倍,同时器件发光光谱稳定性和驱动稳定性也得到了明显的提升.本研究为提高蓝色准二维混合卤化物钙钛矿发光二极管的特性提供了一种简单有效的方法.     

基于金属卤化物钙钛矿材料的高效发光二极管

金属卤化物钙钛矿半导体既在光伏器件研究中获得巨大进展,又在发光应用中体现出明显优势。金属卤化物钙钛矿半导体的荧光转化效率高、发光峰形窄、发射光谱可调控并可覆盖整个可见光范围,从而使得该类材料所制备的发光二极管有望满足下一代显示技术应用的性能要求。文章在简要叙述发光二极管基本原理的基础上,分别介绍了钙钛矿材料的结构和荧光特性、钙钛矿发光二极管的电致发光特性,以及钙钛矿发光二极管进入实际应用所必须解决的器件寿命、离子迁移和光谱不稳定性等主要技术问题,最后讨论了钙钛矿发光技术所面临的机遇和挑战。     

金属卤化物钙钛矿纳米光电材料的研究进展

金属卤化物钙钛矿广泛应用于太阳能电池、发光二极管和纳米激光器等领域,引起了科学家们极大的兴趣.纳米材料由于具有量子约束和较强的各项异性,表现出与普通块体材料不同的光学和电学性质.金属卤化物钙钛矿纳米材料具有可调节带隙、高量子效率、强的光致发光、量子约束效应和长的载流子寿命等优点,并且其成本低、储量丰富、易于合成多种化合物,有很广阔的光电应用前景.但另一方面,钙钛矿由于表面存在陷阱缺陷状态以及晶体边界导致稳定性较差,环境中的水、氧气、紫外线和温度等因素会使其光电性能大幅度降低.本文介绍量子点、纳米线、纳米片钙钛矿纳米材料的合成与生长机制,并且讨论其新奇的光电性能及在各种光电设备中的应用.最后总结了钙钛矿材料新出现的挑战并讨论了下一代金属卤化物钙钛矿光电设备应用.     

Poly[(BEHP-PPV)-co-(MEH-PPV)]:DCJTB为功能层LEC器件的能量传递

在有机发光器件中,掺杂染料分子是改变发光颜色,提高发光性能的有利手段.在掺杂体系中,主体材料向掺杂剂的能量传递是主要的激发态弛豫过程.在LEC器件中,利用掺杂手段改变发光颜色的方法报道很少.研究了以发射绿光(峰值550 nm)的共聚物Poly[(BEHP-PPV)-co-(MEH-PPV)]中掺杂DCJTB作为功能层的LEC器件的发光特性.器件的结构为ITO/Poly[(BEHP-PPV)-co-(MEH-PPV)]∶DCJTB+PEO+LiCF3SO3/Al.共聚物的光致发光光谱几乎覆盖了整个DCJTB吸收光谱的范围,满足能量传递的要求.通过光致发光与电致发光光谱的研究,发现掺杂后的薄膜不论是光致发光还是电致发光,都以DCJTB的发射为主,说明二者之间的确存在能量传递.     

Poly ∶ DCJTB 为功能层LEC器件的能量传递

在有机发光器件中,掺杂染料分子是改变发光颜色,提高发光性能的有利手段。在掺杂体系中,主体材料向掺杂剂的能量传递是主要的激发态弛豫过程。在LEC器件中,利用掺杂手段改变发光颜色的方法报道很少。研究了以发射绿光(峰值550 nm)的共聚物Poly 中掺杂DCJTB作为功能层的LEC器件的发光特性。器件的结构为ITO/Poly ∶ DCJTB+PEO+LiCF₃SO₃/Al。共聚物的光致发光光谱几乎覆盖了整个DCJTB吸收光谱的范围,满足能量传递的要求。通过光致发光与电致发光光谱的研究,发现掺杂后的薄膜不论是光致发光还是电致发光,都以DCJTB的发射为主,说明二者之间的确存在能量传递。     

金属-电介质-金属柔性结构增强荧光发射

增强荧光发射可以提高荧光检测灵敏度、提高LED的亮度,在提高发光器件性能方面具有重要意义.由于金属结构在增强局域场、增强荧光发射方面具有很好效果,而柔性电介质材料具有灵活的可弯曲性特性,本文提出一种由金属-电介质-金属(MDM)组成的柔性结构以增强荧光发射.利用时域有限差分方法系统研究了该结构对量子点定向发射增强的影响...     

铕(Ⅲ)掺杂含氧磷酸镧纳米晶的燃烧法合成及其发光性质

采用燃烧法合成了新型红色纳米发光材料La3PO7∶Eu3 ,并用X射线粉末衍射对其结构进行了表征。XRD分析证实样品La3PO7为单斜相。测定了其激发光谱和发射光谱,光谱数据表明:对应于Eu3 的5D0→7F2跃迁的发射强度远大于5D0→7F1跃迁的发射强度,La3PO7∶Eu3 形成红色发光材料。推测是由于基质结构的不对称性,Eu3 在基质La3PO7中占据非对称中心的格位所致。在不同温度下退火后,发现退火温度越高,Eu3 的5D0→7F2跃迁辐射越强,表明样品结晶越好。     

双波长InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光电特性

为了实现高显色指数和流明效率的白光发光二极管,在(0001)蓝宝石衬底上利用金属有机化学气相沉积系统,生长了双波长发射的InGaN/GaN多量子阱发光二极管结构.通过对不同In组分含量的双波长发射发光二极管结构的光致发光和电致发光性能进行分析,结果表明In组分含量对双波长发射发光二极管的光致发光谱的稳定性及发光效率有重...