國產(chǎn)稀土產(chǎn)業(yè)又迎來世界級(jí)突破！根據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》11月21日消息，深圳國際研究生院韓三陽副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合黑龍江大學(xué)、新加坡國立大學(xué)科研力量，為稀土納米晶設(shè)計(jì)了一件獨(dú)特的“能量轉(zhuǎn)換外衣”，可高效傳遞能量，為其在現(xiàn)代光電技術(shù)中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用掃清了關(guān)鍵障礙。相關(guān)成果以“捕獲電生激子實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的稀土納米晶電致發(fā)光”為題，在線發(fā)表于國際期刊《自然》。這項(xiàng)能讓絕緣的稀土材料高效發(fā)光的新技術(shù)，非常巧妙。不僅成功突破絕緣性稀土材料無法被電流驅(qū)動(dòng)的世界難題；同時(shí)首創(chuàng)有機(jī)半導(dǎo)體敏化策略，使電致發(fā)光器件效率提升76倍，并實(shí)現(xiàn)全光譜發(fā)光，為超高清顯示、近紅外通信等領(lǐng)域提供全新材料體系。此項(xiàng)技術(shù)的核心突破點(diǎn)在于解決了——稀土納米晶因絕緣特性導(dǎo)致無法被電流直接驅(qū)動(dòng)的問題，這是稀土產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中的關(guān)鍵瓶頸。具體技術(shù)突破點(diǎn)如下： | | |
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| 發(fā)光原理 | 光致發(fā)光：需要先用其他光源（如紫外線）照射才能發(fā)光，無法直接用電流驅(qū)動(dòng)。 | 電致發(fā)光：可以直接接入電路，將電能高效地轉(zhuǎn)化為光能。 |
| 核心瓶頸 | 稀土納米晶本身是絕緣體，電流（電子和空穴）無法直接注入其中，像路被堵死了一樣。 | 避開直接注入電流，通過有機(jī)半導(dǎo)體“能量外衣” 捕獲電能并轉(zhuǎn)化為“激子”（能量包），再高效傳遞給稀土離子。 |
| 技術(shù)參數(shù) | 效率極低 | 效率飛躍：外量子效率達(dá)5.9%，比未優(yōu)化前提升76倍，激子利用率高達(dá)88%。 |
| 發(fā)光調(diào)控 | 實(shí)現(xiàn)不同顏色光通常需要復(fù)雜地改變器件結(jié)構(gòu)。 | 一器多色：僅通過改變納米晶內(nèi)摻雜的稀土離子種類和濃度，即可在一個(gè)器件上實(shí)現(xiàn)從綠光、暖白光到近紅外光的全光譜發(fā)光。 |
關(guān)于此項(xiàng)技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)單說明一下。
首先是，“激子”與“能量外衣”。你可以把電生出的“激子”想象成一群精力旺盛但四處亂竄的信使—能量包。而那件獨(dú)特的 “能量轉(zhuǎn)換外衣” —有機(jī)半導(dǎo)體配體，就像一位高效可靠的快遞站長(zhǎng)。他不僅能迅速捕獲激子，還能在小于1納秒的極短時(shí)間內(nèi)，以接近100%的準(zhǔn)確率，把能量精準(zhǔn)地派送給每一個(gè)——稀土離子。這樣就完美避開了材料本身不導(dǎo)電的難題。
其次是，“外量子效率5.9%”。這個(gè)參數(shù)可以通俗地理解為電能的“光效”轉(zhuǎn)化率。就好比你的手機(jī)充電器，插在插座上的電并不是100%都充進(jìn)了手機(jī)電池，會(huì)有損耗。這個(gè)5.9%就意味著，輸入的電能中有5.9%被成功地轉(zhuǎn)化成了我們能看到的光，其余部分以熱等形式損耗了。雖然這個(gè)數(shù)字看起來不高，但相比于之前提升了76倍，是一個(gè)巨大的飛躍，為這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
第三是，“全光譜發(fā)光”與“色純度”。稀土離子（如Tb3?發(fā)綠光，Eu3?發(fā)紅光）就像一群身懷絕技的純色光演員，每種離子發(fā)出的光顏色都非常純正、單一（譜線窄）。這意味著顯示色彩會(huì)更鮮艷、更接近自然真實(shí)。通過調(diào)整離子種類和濃度，就可在單一器件釋放不同的色彩，從可見光到近紅外光，靈活度極高。
當(dāng)然，大家最關(guān)心還是技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化情況。這項(xiàng)技術(shù)的突破，對(duì)中國稀土產(chǎn)業(yè)而言，是一次從“量”到“質(zhì)”的關(guān)鍵跨越。眾所周知，中國不僅是稀土資源大國，也是提煉技術(shù)的強(qiáng)國。但在過去，更多是以出口原材料或初級(jí)加工品為主，猶如出口“面粉”。這項(xiàng)突破使得我們能夠?qū)⑾⊥林瞥筛吒郊又档摹?/span>高端發(fā)光功能材料與核心器件。這直接助力我國稀土資源從“原料出口”向“高附加值技術(shù)輸出”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。
其次，由于成功實(shí)現(xiàn)了高效且靈活的直流電驅(qū)動(dòng)發(fā)光，這項(xiàng)技術(shù)為一系列前沿領(lǐng)域提供了全新的材料選擇；尤其是在超高清顯示、近紅外通信與生物醫(yī)療和智慧農(nóng)業(yè)與柔性設(shè)備等領(lǐng)域。
這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化并非一片坦途，主要面臨三大挑戰(zhàn)。其一，工藝放大方面，實(shí)驗(yàn)室里精密的“架橋”工藝，在工廠大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，要保證每座“橋”都完美無缺，是巨大的工程挑戰(zhàn)。其次，在成本控制上，稀土材料本身和復(fù)雜的納米合成工藝可能導(dǎo)致成本較高。產(chǎn)業(yè)化必須找到降低成本的方法，才能與成熟的OLED和量子點(diǎn)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。最后，在性能長(zhǎng)效性方面，器件能否在長(zhǎng)時(shí)間工作下保持高亮度和色彩不衰減，是決定產(chǎn)品壽命的關(guān)鍵，需要通過材料優(yōu)化來解決。
雖然挑戰(zhàn)巨大，但當(dāng)前國內(nèi)對(duì)稀土高端應(yīng)用的重視和產(chǎn)業(yè)投入，為這項(xiàng)技術(shù)的轉(zhuǎn)化提供了難得的機(jī)遇；尤其是國內(nèi)已在積極布局稀土光功能材料的產(chǎn)業(yè)化。例如，內(nèi)蒙古包頭的稀土光功能材料量產(chǎn)化項(xiàng)目已進(jìn)入產(chǎn)線安裝階段。這表明相關(guān)的材料制備、器件封裝等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)正在國內(nèi)逐步建立和完善。
綜合來看，這項(xiàng)技術(shù)它不僅僅是實(shí)驗(yàn)室里的一項(xiàng)成果，更可能改變稀土產(chǎn)業(yè)的未來。對(duì)于超高清顯示、近紅外通信等特定領(lǐng)域，預(yù)計(jì)在5-8年內(nèi)能看到基于這項(xiàng)技術(shù)的初級(jí)產(chǎn)品；而要在電子消費(fèi)產(chǎn)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，則需要8-10年。
