《用於白光器件的高效石墨烯量子點發光材料研究》是依託香港理工大學深圳研究院，由余兆豐擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：用於白光器件的高效石墨烯量子點發光材料研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：余兆豐
- 依託單位：香港理工大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
製備白光發光二極體及雷射器件普遍面臨一個問題就是沒有合適的覆蓋整個可見光區的寬光譜發光材料。因此，通常是採用稀土螢光粉將藍光二極體的發光轉化成白光或者是採用光纖中強光學非線性效應來獲得超連續白色雷射光源。然而，以上方法分別依賴稀土材料和昂貴的飛秒雷射，這就嚴重阻礙了低成本、小型化、複合型白色發光器件的發展。本項目中我們採用高效石墨烯量子點(量子點)發光材料取代常規的白光二極體、雷射器中的發光材料來產生白色發光。通過量子點尺寸調節及量子點功能化基團選擇可以實現發光波長的調控。此外，量子點還具有高發光效率, 高飽和功率及穩定白光發射等特點。從而，量子點技術將極大的降低白光二極體及雷射器的生產成本和複雜性。量子點二極體技術可以避免由稀土螢光粉造成的環境破壞和突破國外公司對稀土白色發光器件的技術壟斷等問題。因此,石墨烯量子點將是一種實現低成本、緊湊型二極體泵浦白色光源系統的全新產業標準和設計平台。
結題摘要
適用於實現白光發光器件(如, 白光LEDs或雷射)的新材料的研發為本項目的主要研究目標。然而，現在最為棘手的問題就是缺乏一種材料，其發射波段覆蓋整個白光可見區域。除此之外，實現白光雷射發射也同樣也面臨著成本高，封裝複雜等問題。因此，適用於低成本集成白光LEDs或雷射器件的新材料的研發對先進照明套用來講至關重要。 本工作中，我們採用碳量子點作為光學增益介質，在室溫條件下光激發下實現白光發射。其具有更為簡單的合成工藝（相比石墨烯量子點），更低的原料成本，更為綠色環保等優點。然後，關鍵技術問題是，在藍光激發下，是否可以選擇合適的官能團使其實現寬頻白光發射的同時保證較高的光轉換效率。我們研究發現，有機矽烷官能團的選擇，可以有效實現寬頻白光發射；並在環氧樹脂的參與下，實現光增益介質的固態腔體。最終，我們首次在較寬波段範圍內的可調單模雷射發射。另一方面，在460nm藍光激發下，我們通過調控碳量子在環氧樹脂中的溶解度避免顆粒之間的團聚，在長時間內（30天以上）保持高於60%白光轉換穩定效率；其發光強度甚至可以與商用黃色螢光粉封裝白光LEDs相媲美；通過調節環氧樹脂薄膜厚度，實現色溫在2500K到10000K之間的調節。綜上所述，碳量子點有望成為替代現有商用封裝LEDs用的黃色螢光粉，為新型綠色白光LEDs用螢光粉提供選擇。最後，碳量子點通過有機矽烷修飾後有助於提高多光子吸收效率，基於此，在室溫長波激發下首次實現了三光子上轉換隨機雷射的發射。遺憾的是，較短的可操作壽命嚴重影響了碳量子點的商業套用進程。因此，我們拓展研究了稀土摻雜上轉換納米晶及鈣鈦礦半導體材料作為實現白光雷射發射的光增益介質的可能。
