发光材料前沿每周精选丨1104-1110
纳米人 纳米人 2019-11-17
1. Nano Lett.:胶体量子点全光学检测活细胞神经元膜去极化

发光半导体量子点(QDs)是近年发展起来的用于成像和传感细胞膜电压的新型探针。然而,其发展的关键瓶颈是缺乏技术来评估量子点对典型的生物系统的水溶液电解环境中产生的电压响应。简单而言,即评估量子点对活细胞中电压变化的响应的工作相对较少。在此,剑桥大学Akshay RaoUlrich F. Keyser研究团队开发了一种新型平台,用于监测水离子环境中交流和直流电压变化下量子点的光致发光(PL)响应。

 

并在一定浓度范围内对传统的CdSe/CdS量子点和更具生物相容性的InP/ZnS量子点进行了评估,以建立其在芯片上的PL/电压特性。对神经元细胞进行的宽场、少粒子PL测量表明,量子点可用于跟踪局部电压变化,其灵敏度(ΔPL高达两倍)高于最先进的钙成像染料,使其特别适用于跟踪阈下事件。更多的生理学观察研究表明,虽然CdSe/CdS量子点对膜去极化有更大的PL响应,但InP/ZnS具有更低的细胞毒性使其更适用于活体系统中的电压传感。此结果为QD电压传感器的合理开发提供了一种方法,并突出了其在细胞膜电压成像变化中的应用潜力。

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Mustafa Caglar, Raj Pandya, James Xiao, et al. All-Optical Detection of Neuronal Membrane Depolarization in Live Cells Using Colloidal Quantum Dots. Nano Lett., 2019.

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03026

 

2. AFM: 基于In(Zn)As–In(Zn)P–GaP–ZnS量子点的高效近红外发光二极管

近红外(NIR)照明在新的面部识别技术和眼睛跟踪设备中扮演着越来越重要的角色,在这些领域中需要隐蔽的和不可见的照明。传统的基于GaAs的二极管目前无法满足这些要求。胶体量子点(QD)和新兴的钙钛矿发光二极管(LED)可能填补了这一空白,但受限制其重金属物质(例如镉或铅),很难实现商业化应用。近日,新加坡国立大学Zhi-Kuang Tan研究团队报道了一种基于无重金属的In(Zn)As–In(Zn)P–GaP–ZnS量子点新型近红外发射二极管。

 

量子点采用连续注入合成方法制备,具有巨大的壳结构,并在850 nm处显示强烈的光致发光,其量子效率高达75%。基于ITO / ZnO / PEIE / QD / Poly-TPD / MoO3 / Al的电致发光器件,实现了4.6%的高外部量子效率和8.2 W sr-1 m-2的最大辐射率。对于采用胶体III–V半导体QD系统的NIR器件而言,该工作在性能的突破上取得重大进展,并且可能会在新兴的消费电子产品中找到重要的应用。

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Tan, Z.-K. et al. Efficient Near-Infrared Light-Emitting Diodes based on In(Zn)As–In(Zn)P–GaP–ZnS Quantum Dots. AFM 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201906483

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201906483

 

3. AM:通过纤维状液桥引导的连续可控液体转移法制备的高性能QLED

量子点(QD)膜的制备通常使用溶液法(旋涂或喷墨打印等)来进行,以制造基于QDs的发光二极管(QLED)。然而,目前的溶液法易受到咖啡环效应及大量浪费的问题,导致其性能低且制备成本高。近日,北京航空大学刘欢和河南大学杜祖亮团队开发了一种由纤维状液桥引导的简便溶液法,该方法通过使用将两端都置于毛细管中的纤维将QDs溶液连续且可控地转移到超光滑薄膜上。

 

 

沿着纤维引导,在水平纤维和基底之间形成液桥,大量液体稳定地保持在垂直放置的管内,定向移动液桥会在基材上产生高质量的QD膜。此外,液体消耗是定量的,与所制备薄膜的面积成正比,因此可以低成本制备多层超光滑的红/绿/蓝QDs薄膜。最终所制备的白色QLED展现出的最大亮度为57190 cd/m2和最大电流效率为15.868 cd/A。该策略为高性能QLED器件的低成本制造提供了新的视角。

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Xiaoxun Li, Binbin Hu, Min Zhang, Xiao Wang, Ling Chen, Aqiang Wang, Yunjun Wang, Zuliang Du, Lei Jiang, Huan Liu. Continuous and Controllable Liquid Transfer Guided by a Fibrous Liquid Bridge: Toward High‐Performance QLEDs. Adv. Mater., 2019.

DOI:10.1002/adma.201904610

https://doi.org/10.1002/adma.201904610

 

4. AOM: 小分子掺杂电子注入层实现高效全溶液钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿因其高色纯度和易溶液加工特性在发光二极管领域引起研究人员广泛的关注。然而,大多数钙钛矿发光二极管(PeLED)在钙钛矿层的顶部均通过热沉积方法制备电荷传输层(CTL)。为了实现低成本PeLED和其可扩展制备,全溶液器件工艺是最为迫切解决的问题。

 

近日,上海大学杨绪勇联合四川大学赵德威通过在PFN电子注入层中掺入TPBi分子制备了高性能全溶液PeLED(最大亮度为9875 cd m-2,最大电流效率为10.41 cd A-1,最大EQE为3.19%)。由于钙钛矿前驱体溶剂和PFN的溶剂是正交的,因此溶液法制备CTL过程不会破坏钙钛矿膜。TPBi掺杂到PFN中,增强了电子注入的能力,并且,由于钙钛矿和PFN的功函数差异减小,因电荷转移而引起的钙钛矿膜的发射猝灭也得到了抑制。该工作为开发全溶液方案的PeLED提供了有效的方法。

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Yang, X. Zhao, D. et al. Efficient All-Solution-Processed Perovskite Light-Emitting Diodes Enabled by Small-Molecule Doped lectron Injection Layers. AOM 2019.

DOI:10.1002/adom.201900567

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201900567

 

5. JMCA: 杂化双配体钝化发力,钙钛矿纳米晶稳定性更给力!

钙钛矿铅纳米晶(NCs)作为光电子器件有希望的发光体引起了研究人员的广泛关注。但是,它们的商业化应用仍然受到高成本的合成方法、较差的稳定性以及低光致发光量子产率(PLQY)的限制。

 

近日,西安交通大学Zhaoxin Wu联合内布拉斯加大学林肯分校Minggang Ju通过快速、绿色的室温方法以及杂化双配体钝化策略(1,3-金刚烷二羧酸(ADA)和ZnBr2)制备了具有近乎完美PLQY以及温度性优异的CsPbBr3纳米晶。此外,研究人员基于这种CsPbBr3 NC制造了白色发光二极管(WLED)。器件的最大发光效率高达68.7 lm W-1,色域为NTSC标准的119%。

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Wu, Z. Ju, M. et al. Ultra-stable CsPbBr3 nanocrystals with near-unity photoluminescence quantum yield via postsynthetic surface engineering. JMCA 2019.

DOI:10.1039/c9ta08421e

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ta/c9ta08421e

 

6. Angew:地球富含元素组成的蓝色发光缺陷纳米晶体

三元(I-III-IV)铜基硫属化物纳米晶体(NCs)是组成上不含铅(Pb)或镉(Cd)的成分灵活的半导体。该类材料中的Cu-In-S NCs已被广泛研究,据报道其包含光学活性缺陷状态。但是,极少有报告显示Cu-In-S NCs不含In成分时具有高效的光致发光性能(PL)。近日,麻省理工学院Moungi G. Bawendi等合成了一种由铜,铝,锌和硫构成的〜4 nm缺陷纳米晶体(DNCs),该DNCs量子产率为〜20%,PL最大值为450 nm。

 

光谱表征表明,该DNCs存在高度局域化的电子态,这使得该材料PL衰减相当快(〜1 ns),具有较大的振动能量间隔,小的Stokes位移以及与温度无关的PL线宽和PL寿命(在室温至〜5K之间)。此外,DFT计算表明,PL跃迁是由CuA5S8晶格内的缺陷引起的。

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Eric C. Hansen, Yun Liu, Moungi G. Bawendi*, et al. Blue Light Emitting Defective Nanocrystals Composed of Earth‐Abundant Elements. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201911436

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911436

 

7. AOM: 研究新进展!杂化钙钛矿发光二极管的光泵浦激光发射

有机-无机金属卤化物钙钛矿杂化半导体的电泵浦激射可能导致非外延二极管激光器在整个可见光和近红外光谱范围内的可调性。然而,迄今为止尚未证明可行的激光二极管结构。近日,宾夕法尼亚州立大学Noel C. Giebink研究团队通过两种分布式反馈发光二极管结构实现低阈值,光泵激激光。研究人员将底部和顶部发射的钙钛矿发光二极管分别在玻璃和硅基板上制造,在后一种情况下,使用聚二甲基硅氧烷印模将二阶分布反馈光栅直接纳米压印到甲基铵碘化铅有源层中。

 

这些器件的室温阈值低至≈6µJ cm-2,峰值外部量子效率约为0.1%,最大电流密度约为2 A cm-2。研究发现在这种低电流状态下,电注入不会对光泵阈值产生不利影响,从而使得阈值电流密度约为2 kA cm-2。此外,在低温下运行可以大大降低该阈值,但必须克服掺杂有机传输层中的外部载流子冻结,以维持合理的驱动电压。

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Giebink, N. C. et al. Optically Pumped Lasing from Hybrid Perovskite LightEmitting Diodes. AOM 2019.

DOI: 10.1002/adom.201901297

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adom.201901297

 

8. AM: 聚集诱导的双重荧光有机分子用于非掺杂发光二极管

中科大Guoqing Zhang上海纽约大学Xuepeng Zhang纽约大学Xiang Sun结合聚集诱导发射(AIE)和有机室温磷光(RTP)的优势,设计好的RTP-AIEgens显示最大光致发光量子产率为64%。并且基于RTP AIEgens的非掺杂有机发光二极管(OLED)表现出相对较小的效率下降和有效的电致发光量子效率,这打破了传统荧光OLED的理论极限。

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Aggregation‐Induced Dual‐Phosphorescence from Organic Molecules for Nondoped Light‐Emitting Diodes,AM. 2019

https://doi.org/10.1002/adma.201904273

 

9. ACS Energy Lett.: 11.2%最佳效率! PbS量子点太阳能电池

苏州大学马万里Jianyu Yuan团队提出了一系列共轭聚合物(PBDB-T,PBDB-T(Si),PBDB-T(S),PBDB-T(F)),用于PbS量子点太阳能电池作为聚合物空穴传输层(HTM)。通过聚合物侧链工程,优化了模型聚合物PBDB-T,以调节能级,增加空穴迁移率,改善固态有序性,增加自由载流子密度。基于改性聚合物PBDB-T(F)的量子点太阳能电池表现出11.2%的最佳效率。优于基于传统PbS-1,2-乙二硫醇HTM的器件(10.6%),这是基于有机HTM的PbS太阳能电池的最高效率。

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Towards Scalable PbS Quantum Dot Solar Cells using Tailored Polymeric Hole Conductor,ACS Energy Lett. 2019

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02301

 

10. ACS Energy Lett.: 明亮哦!钙钛矿发光电化学电池

钙钛矿发光二极管(PeLED)因其良好的光电性能而备受关注。钙钛矿发光电化学电池(PeLEC)作为一种利用移动离子的设备,但尚未达到最佳PeLED的性能。德克萨斯大学达拉斯分校Jason D. SlinkerAnvar A. Zakhidov团队在CsPbBr3薄膜中利用了聚环氧乙烷电解质和锂盐,以制备出具有更高亮度和效率的PeLEC。

 

研究发现,CsPbBr3:PEO:LiPF6的单层PeLEC的重量百分比为0.5%。 LiPF6产生了亮度提高(3.0 Lm/W)的明亮(〜15000 cd/m2)电致发光。这些研究表明,最佳的LiPF6浓度可改善双电层的形成,减少空隙,电荷陷阱和空洞的发生,并增加晶粒尺寸和堆积密度。


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Bright and Effectual Perovskite Light Emitting Electrochemical Cells Leveraging Ionic Additives,ACS Energy Lett. 2019

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b01925

 

11. Angew:金纳米团簇电化学发光的双增强:电催化激发和聚集诱导的发射

配体保护的金纳米团簇(AuNCs)因其有趣的催化和发射特性而成为了一种新型电化学发光(ECL)发光体,但是它们在水性介质中的量子产率(ΦECL)很低,并且对ECL过程的机理也缺乏了解。近日,福建医科大学Wei Chen加拿大滑铁卢大学Juewen Liu等研究发现,在电极上干燥AuNCs既可以通过电催化作用增强6‐aza‐2‐thiothymine (ATT)保护的AuNCs电化学激发,又可以用三乙胺(TEA)作为共反应剂通过聚集诱导ECL(AIECL)增强其发射。

 

干燥的ATT-AuNCs/TEA系统可产生高度稳定的视觉ECL,ΦECL为78%,蛋氨酸保护的AuNCs也可实现类似的增强效果。干燥双重增强机制解决了AuNC ECL探针的机理难题,并可以指导ECL发射源的进一步合理设计。

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Huaping Peng, Zhongnan Huang, Wei Chen*, Juewen Liu*, et al. Dual‐enhanced Gold Nanocluster Electrochemiluminescence: Electrocatalytic Excitation and Aggregation‐induced Emission5. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201913445

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201913445

 

12. Scientific Reports: 这方法很巧秒!揭示了室温胶体点量子发射器的优异性能

实现可在室温下工作的高质量量子发射器对于加速量子技术的应用至关重要,例如量子通信,量子信息处理和量子计量学。近日,神户大学HirotakaTerai研究团队使用超导纳米线单光子探测器和光致发光衰减曲线的时间滤波研究了单个胶体量子点(CQD)在室温下发射的光子反聚集特性。

 

研究发现通过消除由多个激发脉冲产生的双激子的顺序双光子发射产生的信号,可以同时实现高单光子纯度和高光子产生速率。研究人员成功地证明了显示时间为g(2)(0) 10-2的室温单光子源的超高性能可以通过对时间纯化的单光子进行超低暗计数检测来证实。这些发现为CQD作为高质量室温量子光源候选者提供了有力的证据。

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Terai, H. et al. Superior properties in roomtemperature colloidal-dot quantum emitters revealed by ultralow-darkcount detections of temporallypurifed single photons. Scientific Reports 2019.

DOI: 10.1038/s41598-019-52377-1

https://www.nature.com/articles/s41598-019-52377-1

 

13. AFM: 新策略!由ZnS纳米棒阳离子交换成PbS量子点用于高效的红外太阳能电池

利用低带隙胶体量子点(QD)的红外太阳能电池是有非常有前景的光伏器件,可通过将普通光伏电池的已收集光子扩展到红外区域来提高太阳能的利用率。但是,目前已报道合成的PbS QD不能制备高效的红外太阳能电池。近日,华中科技大学Jianbing Zhang研究团队通过ZnS纳米棒(NRs)进行阳离子交换,为制备低带隙PbS QD(0.65-1eV)开发了一种通用的合成方法。通过这种新方法合成的PbS QD具有高的单分散性,尺寸易于控制,氯化物可原位钝化以及高稳定性和“清洁”表面的优点。

 

基于上述策略所制备的 PbS QD(≈0.95eV)可以实现红外太阳能电池的最高性能,在AM 1.5个太阳照射下的效率为10.0%,钙钛矿过滤效率为4.2%,硅过滤效率为1.1%。

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Zhang, J. et al. Cation-Exchange Synthesis of Highly Monodisperse PbS Quantum Dots from ZnS Nanorods for Efficient Infrared Solar Cells. AFM 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201907379

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201907379

 

14. AOM:量子点发光微二极管阵列的高分辨率喷墨打印

直接印刷微型量子点发光二极管(QLED)是一种经济有效的替代预制LED的替代方案。然而,目前打印的QLED是在喷墨打印过程中使用液滴形成的,其会收到润湿和干燥等条件的限制,从而导致薄膜不均一,质量偏差。

 

近日,德国莱布尼茨新材料研究所Tobias Kraus团队研发出可以抑制像素和阵列水平不均匀的最佳油墨配方。作者证明了基于辛烷和环己基苯(CHB)混合物的油墨可以改善像素质量。通过系统地改变混合比例。对于2 pL的液滴,作者实现了20 µm的最小像素直径及1000 ppi的分辨率。最总,所制备印刷QLED显示出≈3000cd/m2的最大亮度和2.8 cd/A的最大电流效率。

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Peihua Yang, Long Zhang, Dong Jin Kang, Robert Strahl, Tobias Kraus. High-Resolution Inkjet Printing of Quantum Dot Light-Emitting Microdiode Arrays. Adv. Opt. Mater., 2019.

DOI:10.1002/adom.201901429

https://doi.org/10.1002/adom.201901429

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