我國學者與海外合作者在鈣鈦礦超高清顯示技術領域取得重要進展

圖 全溶液法原位構建的鈣鈦礦范德華外延異質結料、發光薄膜與LED器件

　　在國家自然科學基金項目（批準號：T2225024）資助下，南開大學化學院教授袁明鑒、中國科學院院士陳軍、研究員章煒領銜的科研團隊，聯合北京師范大學、復旦大學、香港大學、洛桑聯邦理工學院等8家國內外機構，在新型鈣鈦礦超高清顯示技術領域取得重要突破。研究成果以“鈣鈦礦外延異質結構實現高效高穩定純紅光LED器件為題（Perovskite Heteroepitaxy for High-Efficiency and Stable Pure-Red LEDs），于2025年2月19日在《自然》（Nature）期刊發表。論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08503-9。

　　鈣鈦礦材料憑借高熒光量子產率、優異色純度和寬色域等特性，被視為下一代超高清顯示技術的理想候選材料。作為紅、綠、藍三基色之一，純紅光鈣鈦礦LED對實現滿足Rec. 2100超廣色域標準的下一代超高清顯示系統至關重要。然而，純紅光鈣鈦礦LED長期受困于材料穩定性差等難題。

　　CsPbI3鈣鈦礦量子點具有尺寸依賴的可調帶隙發光，是實現純紅光鈣鈦礦LED的理想材料。然而，CsPbI3鈣鈦礦體相材料在室溫下就易發生相轉變，轉化為非光學活性相，本征相穩定性較差。更嚴峻的是，CsPbI3鈣鈦礦量子點由于粒徑極小、表面能極大的原因，導致其在室溫下幾乎無法穩定存在。因此，理解亞穩態CsPbI3鈣鈦礦量子點相轉變機制，在此基礎上發展高效相穩定性提升新策略，進而實現高效與高穩定兼備的純紅光鈣鈦礦LED，是推動鈣鈦礦發光材料在超高清顯示應用的必然需求。

　　南開大學袁明鑒教授、陳軍院士、章煒研究員帶領的科研團隊針對該領域難點問題展開了深入研究，發現通過晶格應力操控實現鈣鈦礦局部晶格扭曲，可以顯著增強亞穩態鈣鈦礦材料的相穩定性。基于上述發現，研究團隊利用配體分子結構設計調控，首次報道了一種全溶液法原位制備鈣鈦礦范德華外延異質結以提升鈣鈦礦量子點相穩定性的全新策略。結合球差校正透射電鏡表征與密度泛函理論研究，研究團隊首次揭示了鈣鈦礦外延異質結構的界面應力對鈣鈦礦量子點晶格結構的調控機制。研究表明，界面應力誘導的晶格扭曲可以有效抑制CsPbI3鈣鈦礦量子點的相轉變過程，顯著提升材料的穩定性。所獲得的CsPbI3鈣鈦礦量子點導電薄膜具有優異的穩定性和光電性質。在此基礎上，團隊成功研發了兼具世界一流性能及穩定性的純紅光鈣鈦礦LED，解決了長期困擾該領域的瓶頸問題。

　　該研究立足化學學科，匯聚材料、物理、信息等多學科力量，發展了透射電鏡先進結構表征技術，實現了全溶液法鈣鈦礦范德華外延異質結構的新物質創造，為高性能異質結光電器件的開發提供了全新范式，推動了鈣鈦礦電致發光材料在超高清顯示領域的應用進程，助力我國新型顯示技術核心材料研發突破。

　　該工作依托南開大學化學學院、特種化學電源全國重點實驗室、有機新物質創造前沿科學中心、物創海河實驗室等平臺開展。