近紅外發(fā)光（NIR，700-2500 nm）微二極管（micro-LED）在生物傳感、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）、遙感和光通訊等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)近紅外熒光粉存在顆粒尺寸大、發(fā)光效率低、發(fā)光穩(wěn)定性差或含重金屬有毒元素（Cd²⁺和Pb²⁺）等問(wèn)題，極大地限制了其在micro-LED領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，發(fā)展一類無(wú)毒高效的近紅外納米熒光粉具有重大意義。

近期，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所/閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)涂大濤研究員等在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金等項(xiàng)目支持下，成功研發(fā)出CuInSe₂:Zn²⁺（CISe: Zn²⁺）基高效近紅外量子點(diǎn)熒光粉，并首次將其應(yīng)用于micro-LED（圖1）。

圖1、高效CISe:Zn²⁺@ZnSe近紅外量子點(diǎn)熒光粉及其micro-LED應(yīng)用示意圖

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)CISe: Zn²⁺納米晶中的Cu/In和Zn/In組分比，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射峰從750 nm至1150 nm的寬范圍調(diào)控；包覆ZnSe殼層后，材料的穩(wěn)定性和發(fā)光效率得到顯著提升，近紅外絕對(duì)量子產(chǎn)率高達(dá)92.8%。基于此，團(tuán)隊(duì)制備了光轉(zhuǎn)換mini-LED，通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)在封裝膠中的均勻分散，有效避免了聚集熒光猝滅問(wèn)題，近紅外輻照通量高達(dá)88.7mW@350mA，為目前已報(bào)道無(wú)毒近紅外量子點(diǎn)光轉(zhuǎn)換LED的最高值。同時(shí)，器件表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性：雙85老化（85 ℃和85%的濕度）72小時(shí)后，可維持94.5%的發(fā)光效率；25-150 ℃循環(huán)變溫10次之后，仍能保持初始發(fā)光效率的98.2%。

進(jìn)一步地，團(tuán)隊(duì)與福州大學(xué)合作，利用電流體噴印技術(shù)，將CISe:Zn²⁺@ZnSe熒光粉應(yīng)用于近紅外micro-LED。通過(guò)掃描電鏡和原子力顯微鏡等證實(shí)所制備的微發(fā)光陣列形狀規(guī)則、尺寸可調(diào)，無(wú)咖啡環(huán)和拖尾等現(xiàn)象；特別地，藍(lán)光芯片點(diǎn)亮后，陣列發(fā)出很強(qiáng)的近紅外光信號(hào)，發(fā)光像素點(diǎn)直徑最小為3.7 μm，遠(yuǎn)優(yōu)于目前商業(yè)化噴墨打印水平（10-30 μm）。基于該量子點(diǎn)熒光粉的優(yōu)異性能，團(tuán)隊(duì)噴印出10 × 10 mm的圖案，局部放大的陣列呈現(xiàn)良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性（圖2）。該工作為開(kāi)發(fā)高效近紅外納米熒光粉及其micro-LED應(yīng)用提供了新的思路，也為發(fā)展近紅外微納器件和柔性電子設(shè)備奠定了良好基礎(chǔ)。

相關(guān)成果以全文形式在線發(fā)表在Advanced Materials（Adv. Mater.2024,36, 2311011），該論文的第一作者是中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所/福州大學(xué)聯(lián)培博士研究生廉緯，通訊作者為中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所/閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室涂大濤研究員、朱浩淼研究員和陳學(xué)元研究員，以及福州大學(xué)楊開(kāi)宇副教授。

圖2、（a）制備micro-LED示意圖。Micro-LED陣列的（b-c）掃描電鏡圖、（d-e）近紅外熒光圖像和（f-i）原子力顯微鏡圖。基于micro-LED陣列噴印的（j）熒光圖案和（k-m）局部放大熒光圖像

此前，陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)在近紅外熒光材料的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用中已取得系列重要進(jìn)展。例如，開(kāi)發(fā)出CuInSe₂基高效近紅外二區(qū)發(fā)光量子點(diǎn)生物探針，并將其應(yīng)用于循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)和腫瘤靶向?qū)崟r(shí)成像（Nano Today2020,35, 100943）；采用荷移躍遷敏化策略，實(shí)現(xiàn)了在Cs₂NaInCl₆基質(zhì)中高效的稀土離子近紅外發(fā)光（Adv. Sci.2022,9, 2203735）；通過(guò)局域?qū)ΨQ性調(diào)控，發(fā)展了Cs₂(Na/Ag)BiCl₆: Yb³⁺, Er³⁺近紅外熒光粉，并應(yīng)用于近紅外成像（Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202205276）；利用陷阱調(diào)控策略，開(kāi)發(fā)了紫外-可見(jiàn)-近紅外全光譜可調(diào)的長(zhǎng)余輝及光激勵(lì)稀土摻雜Cs₂NaGdF₆熒光粉（Matter2023,6, 4261）。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202311011

（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所）