量子点的发现和创新——诺贝尔化学奖背后的科学精神

2023年诺贝尔化学奖授予对量子点的发现和合成作出重要贡献的三位科学家:芒吉•G•巴文迪(Moungi G.Bawendi)、路易斯•E•布鲁斯(Louis E.Brus)和阿列克谢•I•叶基莫夫(Alexei I.Ekimov)。文章主要介绍量子点研究开始前后的科学背景、发现过程以及发展过程中的创新历程,特别是以三位科学家为代表的量子点研究者们所表现出的科学精神。

量子点液晶显示应用技术的进展与展望

液晶显示是目前广泛应用的显示技术,然而常用的LED背光荧光粉的宽光谱特点限制了其色彩显示能力和总流明效率的进一步提升。量子点具有窄发射光谱和高荧光效率等优势,为提高液晶显示色彩品质和感知亮度提供了新技术路线。本文介绍了量子点液晶显示(QD-LCD)应用的结构设计和材料体系,探讨了量子点应用存在的材料稳定性、背光设计难度和制备成本等问题。针对液晶显示应用的低成本、低毒性和易集成需求,讨论了钙钛矿量子点的应用前景,特别是进一步扩展量子点适用性的解决方案,如彩膜透过率光谱交叉、偏振片的能量损失等问题。

纳米晶白光LED技术研究现状及应用前景

介绍半导体纳米晶及发光性质的特点,在此基础上,探讨基于纳米晶的白光LED研究现状和产业化进展,对其应用前景进行分析,并对未来我国在纳米晶产业的研究和发展提出建议。

北京理工大学青年学者专刊

学科交叉点是科学领域产生新理论、新发明的突破口。光学是一门与信息、材料、能源、生命、仪器、计算机及微电子技术等学科紧密结合和交叉融合的学科。近年来，光学与纳米科学、新材料、精密机械、新能源等新兴学科和技术的碰撞，给发展新一代光谱技术、新能源技术以及军用光电子技术带来了机遇。

上转换发光量子点

光子上转换是一种重要的非线性反斯托克斯发光现象,在激光、显示、光伏、信息安全以及生物成像与诊疗等领域具有应用前景。与研究较多的有机分子三重态-三重态湮灭和稀土掺杂纳米颗粒上转换发光材料相比,上转换量子点可以在宽光谱激发范围内实现上转换发光,具有频谱吸收宽、发光效率高、近红外可吸收、能带可调、尺寸小以及稳定性高等特点,引起了领域内的关注。本文介绍了上转换发光的种类及机理,对近年来上转换发光量子点的研究进展进行了总结,重点分析了基于激发态吸收的半导体双量子点的类型和设计原理,探讨了上转换发光量子点在发光二极管(LED)、光电探测、生物标记、太阳能电池等方面的应用潜力,特别是未来发展面临的挑战和前景。

白光LED远程荧光粉技术研究进展与展望

远程荧光粉技术通过将荧光粉与芯片分离,降低了荧光粉的工作环境温度,提升了荧光粉的稳定性,改善了白光LED的照明品质和光效,同时有望降低LED眩晕度,提供大面积平板光源,在未来照明与显示应用中具有重要意义。远程荧光粉技术的白光LED将向多功能化、高性能化和智能化方向发展。本文将综述白光LED远程荧光粉技术的研究进展,主要介绍其封装工艺的优化、评价参数的构建和分析,以及相关荧光材料的发展现状。

量子点液晶显示背光技术

量子点材料兼具极高的色纯度、发光颜色可调以及的荧光量子产率高等特点,已成为显示领域中的明星材料,在提升显示器件的色域方面具有巨大潜力。基于量子点材料的液晶显示背光技术是目前量子点材料在显示器件中的主流应用方向,引起了学术界和工业界的广泛关注。本文将综述量子点液晶显示背光技术的研究进展,主要包括量子点材料的选择、背光结构的应用以及材料复合与封装技术的发展现状,重点介绍了目前产业界广泛关注的量子点光学膜技术,特别是国内自主知识产权的低成本钙钛矿量子点光学膜技术,由于其具备广色域(124%NTSC)、易加工、低成本等特点,已成为具有成长潜力的技术路线。

量子点增强硅基探测成像器件的研究进展

硅基探测成像器件具有可靠性高、易集成和成本低等优点,是目前应用最广泛的探测成像器件。随着人工智能和无人驾驶等技术的日益发展,对探测成像器件提出了更高的要求,而硅基探测成像器件性能的提升成为重要的研究方向。量子点具有吸收系数大、光谱可调、发光效率高和易集成等优点,是一类优异的光谱转换和光调制材料。利用量子点材料可调制的光学特性,可以对硅基探测成像器件的功能进行拓展,从而实现紫外响应增强、红外响应拓展、紫外偏振探测和多光谱成像等功能。经过多年的研究,这一领域已经取得了一定的进展,部分技术展现出较好的应用前景。本文介绍了量子点增强硅基探测器在紫外探测、红外成像、偏振探测和多光谱成像方面的研究进展,希望能够引起国内学术界和工业界的关注和重视。

紫外增强硅基成像探测器进展

硅基紫外成像探测技术具有可靠性好、集成度高、容易大面阵化、成本低等优势,成为探测领域的重要研究方向。随着硅半导体工艺的持续进步以及纳米科学的发展,利用半导体技术、荧光转换材料或者低维纳米结构来增强硅基探测器的紫外响应取得了长足的进步。本文综述了国内外硅基紫外增强成像探测器件、系统应用的进展,通过回顾器件发展的历史和对研究现状的分析,并结合紫外探测技术在天文物理、生化分析、电晕检测等领域的应用进展,探讨了硅基紫外成像探测技术发展的趋势和挑战。

量子点光刻技术及其显示应用

量子点显示器件具有高光谱纯度、宽色域、高亮度等优势,被认为是显示行业未来的一个重要发展方向。发展量子点高精度光刻图案化技术对实现其在显示领域的应用具有重要的意义。本文阐述了量子点光刻技术的最新进展,主要包括光刻胶辅助剥离光刻和直接光刻技术。在直接光刻技术方面,着重介绍混入光刻胶光刻和配体工程光刻,并对图案化的量子点发光层在光致发光和电致发光中的应用进展进行评述。同时,介绍量子点光刻中存在的问题并展望其在超高分辨率显示领域的应用前景。

量子点背光液晶显示技术的亥姆霍兹-科尔劳施效应

亥姆霍兹-科尔劳施效应(简称H-K效应)指的是人眼对色光的感知亮度随着色纯度的增加而提升的现象。量子点背光技术可显著提升液晶显示的色域和视觉感知亮度,已经在众多显示产品中开始应用。本论文通过观看者亮度感知实验,对比了YAG荧光粉白光LED背光电视(YAG电视)和量子点背光电视(量子点电视)的H-K效应差异,根据Kaiser模型与Nayatani模型分析纯色实验的测试结果,并通过彩色实验探究了显示器的色域对感知亮度与主观偏好的影响。实验结果表明:量子点电视具有更为显著的H-K效应,视觉感知亮度明显高于传统YAG电视;在同样的感知亮度下,量子点电视的纯色R、G的物理亮度仅为YAG电视的75%、86%;鲜艳彩色画面的物理亮度为YAG电视的74%~88%;在相同感知亮度下,高色域的量子点电视更受欢迎,并且喜好趋势将随着亮度的增加而增加。上述结果对于健康显示的发展具有重要指导意义。

钙钛矿材料制备中的溶剂配位效应

钙钛矿材料具有吸收系数大、载流子迁移率高、可溶液加工等特点,在太阳能电池、发光二极管、光电探测等领域具有潜在的应用价值。钙钛矿的光电性质与其维度、尺寸、形貌密切相关,因此研究材料的生长是实现高性能器件应用的基础。钙钛矿前驱体与溶剂之间的配位作用对钙钛矿的生长过程具有重要影响。本综述总结了钙钛矿前驱体与溶剂之间的配位作用对钙钛矿单晶、多晶薄膜、量子点三类体系制备的影响,讨论了在上述材料制备中的溶剂配位效应,特别是溶剂配位效应所形成的溶剂化物对材料生长过程,以及所制备的材料(形貌、晶相、缺陷、稳定性)的影响。最后,我们对这一研究方向存在的问题和挑战进行了分析和展望。

Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体微纳结构中的激子磁极化子及其发光

自旋是基本粒子(电子、光子)角动量的内在形式.固体中体现自旋特征的集体电子行为如拓扑绝缘体等是当前凝聚态物理领域关注的焦点,是基态行为.激子作为电子空穴对的激发态且寿命很短,可复合发光,它是否能体现自旋极化主导的行为?对此人们的认识远不如针对基态的电子.激子磁极化子(exciton magnetic polaron, EMP)是由磁性半导体微结构中铁磁自旋耦合态与自由激子相互作用形成的复合元激发,但其研究很有限.本文概述了我们在稀磁半导体微纳米结构中的EMP及其发光动态学光谱、自旋极化激子凝聚态的形成方面取得的一些进展,展望了未来可能在自旋光电子器件、磁控激光、光致磁性等量子技术方面的潜在应用.

硒化铅核壳量子点的合成与应用研究进展

硒化铅(PbSe)量子点具有宽红外光谱调控范围、高荧光量子产率和可溶液加工等特点,成为一类重要的红外材料体系。与广泛研究的PbS量子点相比,PbSe量子点在空气中容易氧化,从而严重破坏其光电特性,制约了其应用的发展。壳层的包覆是有效提升PbSe量子点光学特性和化学稳定性的策略之一,是推动PbSe量子点应用发展的材料研究方向。本文综述了PbSe核壳量子点的合成及其在光电探测、太阳能电池、激光器和光催化等领域的应用研究进展,希望能够为国内研究者开展相关研究提供参考。

钙钛矿二维纳米材料的合成和发光研究进展

钙钛矿纳米材料的研究取得了飞速发展:一方面,合成方法不断涌现,已经可以实现从零维纳米晶、一维纳米线到二维纳米片的形貌精确控制,对其尺寸和维度依赖的光学性质认识也不断深入;另一方面,钙钛矿纳米材料的光学和光电子应用也得到了快速发展,其中,基于钙钛矿量子点的光致发光和电致发光技术最受关注。由于钙钛矿的天然层状结构,通过配体调控很容易制备出二维纳米材料,其发光性能可以通过层数和组分进行调节,最高量子产率超过85%,且具有偏振发光特性,有望成为一类新型发光材料。本文从制备方法、光致发光和电致发光应用等方面综述了基于钙钛矿二维纳米材料的进展,并对其未来的发展方向进行讨论。

面向生命医学应用的氧气传感器研究进展

氧传感器在生命医学领域具有重要的应用价值。本论文综述了近年来医用氧传感器的研究进展,重点介绍了植入式电化学氧传感器和光学氧传感器的工作原理、应用特点和面临的挑战。分析了医用氧传感器向多功能、可穿戴和可植入等方向的发展趋势,探讨了实时监测血氧分压和血氧饱和度在临床上应用上的紧迫性和重要性,对面向生命医学应用的氧气传感技术研究提供参考。

CH3NH3PbBr3纳米线中束缚激子g因子的各向异性

有机-无机杂化钙钛矿材料与其他半导体材料相比具有高的缺陷容忍率,在太阳能电池、发光二极管、低阈值激光器等领域有重要的应用前景.通常情况下,钙钛矿材料是通过溶液法合成的,这种方法虽然可以得到性能优异的钙钛矿器件,但同时也会在合成过程中产生大量缺陷.尽管目前在理论和实验上对钙钛矿材料的缺陷做了很多研究,但对单个缺陷附近的束缚激子发光问题的研究较少.本文通过共聚焦显微系统研究了低温(4.2 K)下单根钙钛矿纳米线的荧光光谱,观测到来自于缺陷周围束缚激子的窄线宽和高强度的荧光峰,同时观测到了磁场下的塞曼分裂和抗磁现象,并通过施加矢量磁场发现了束缚激子的g因子存在各向异性.单个束缚态激子的磁光性质的研究为深入理解束缚激子在量子光源以及自旋电子学中的应用提供了依据.

以LED为光源的生命医疗前沿技术进展

光源是生命科学研究及医疗技术中不可缺少的重要工具。本论文以LED在生命医疗领域的光源应用为主题,介绍了面向生物医疗和检测的各种光学方法的技术原理;特别是LED光源在生物医学治疗、生物信号检测、生物荧光探测与成像以及光遗传学中的应用,同时分析了LED光源在生命和医疗技术应用的特点,并展望了未来发展趋势和所面临的挑战。

科学史教育赋能创新人才培养——材料科学发展史课程

创新人才培养是当前高等教育发展面临的重大命题。鉴于科学史对于创新人才培养的重要作用,北京理工大学材料学院面向材料类本科生,开设了“材料科学发展史——多学科的融合与创新”科学史通识教育选修课程,按照材料种类讲授材料发展史以及其背后的科学家故事。问卷调查结果表明,所开设的科学史课程对于坚定学生理想信念,培育创新意识和创新精神,激励他们积极参与创新和有意识提升自己的创新能力具有较大的作用。总结了科学史课程开设的主要目标、教学安排以及教学效果分析。

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ chalcogenide semiconductor nanocrystals:Synthesis,properties,and applications

Colloidal semiconductor nanocrystals have been proven to be promising candidates for applications in low‐cost and high‐performance photovoltaics,bioimaging,and photocatalysis due to their novel size‐and shape‐dependent properties.Among the colloidal systems,I‐III‐VI semiconductor nanocrystals(NCs)have drawn much attention in the past few decades.Compared to binary NCs,ternary I‐III‐VI NCs not only exhibit low toxicity,but also a high performance similar to that of binary NCs.In this review,we mainly focus on the synthesis,properties,and applications of I‐III‐VI NCs.We summarize the major synthesis methods,analyze their photophysical and electronic properties,and highlight some of the latest applications of I‐III‐VI NCs in solar cells,light‐emitting diodes,bioimaging,and photocatalysis.Finally,based on the information reviewed,we highlight the existing problems and challenges.