基于表面钉扎的钙钛矿量子点光子玻璃系统及高稳定随机激光发射

近年来,无机卤素钙钛矿量子点由于其优异的光点性质和广阔的应用前景而备受关注,在LED、探测器、纳米激光器中都表现出了优异的性能。然而,他们的稳定性成了实际应用中最大的障碍。目前,大部分研究者们都尝试将钙钛矿量子点包覆在有机或者无机基质中以提高其稳定性,但是这种方式严重阻碍了它们在很多领域中的应用,如纳米激光器和LED等。因此,只有从钙钛矿量子点的退化机制以及晶体结构出发进行设计,才能在保证其性能和应用的前提下实现最为有效的稳定性提高。其次,目前基于钙钛矿量子点的激光发射都需要使用额外的谐振腔,如果能在材料中构筑强散射回路,我们就可以很方便得获得激光发射。第三,虽然目前已经发展了很多钙钛矿量子点的合成方法,但是他们都存在一些致命的缺点如成本高、操作繁琐、使用极性溶剂、产率低、耗时等问题。因此,开发一种更加简便、快速、产率高和无极性溶剂的合成方法具有重要的意义。

最近,南京理工大学曾海波教授和新加坡南洋理工大学孙汉东教授合作,首次报道了基于非均匀形核机制的钙钛矿量子点复合荧光粉的一步合成策略。此外,利用表面钉扎技术,他们将钙钛矿量子点牢牢地固定在单分散二氧化硅球表面并保持了一定的距离。这种结构有效地抑制了光照导致的荧光淬灭和量子点的结构变化,大大提高了钙钛矿量子点的光稳定性。即使在强紫外光下连续照射了108个小时,该复合结构依然保持了80%的初始荧光强度。其次,这种单分散二氧化硅球/钙钛矿量子点的光子玻璃系统极强的散射能力使得他们在上述结构中获得了高效的随机激光发射。此外,钙钛矿量子点稳定性的提高,也使得该光子玻璃系统在连续长时间光泵浦情况下(8小时)依然保持了稳定的随机激光发射。有趣的是,上述钙钛矿量子点复合材料采用一步法制备,即将所有原料全部加到反应容器中并进行加热,不需要任何的额外操作和惰性气体环境,也避免了极性溶剂的使用。这种非常简单的合成方法,为大规模生产和实际应用奠定了良好基础。该工作中介绍的材料结构,也为基于钙钛矿量子点的多功能复合体系提供了参考。

相关工作发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201701185),南京理工大学李晓明和南洋理工大学王跃为本文的共同第一作者。

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