膠體(ti)納米量子(zi)(zi)(zi)點(QD)由(you)于(yu)其優異的(de)光(guang)學(xue)、電(dian)子(zi)(zi)(zi)和(he)化(hua)學(xue)特(te)性(xing)，已經(jing)在催化(hua)、傳感器、生物技術、電(dian)子(zi)(zi)(zi)學(xue)、光(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器和(he)顯示器等廣泛(fan)領域中展現了巨大潛力。相比(bi)于(yu)單(dan)一粒子(zi)(zi)(zi)體(ti)系(xi)，由(you)兩種(zhong)或多種(zhong)不(bu)同材(cai)料組(zu)成的(de)多粒子(zi)(zi)(zi)系(xi)統，由(you)于(yu)其個(ge)(ge)別組(zu)分的(de)優異特(te)性(xing)或綜(zong)合結構(gou)產(chan)生的(de)新(xin)功能，展示了更多樣的(de)性(xing)能和(he)功能。然(ran)而，將多粒子(zi)(zi)(zi)精確控制組(zu)裝(zhuang)成圖案化(hua)的(de)固態設備仍(reng)然(ran)是一個(ge)(ge)挑(tiao)戰。
電(dian)(dian)泳沉(chen)積(EPD) 技(ji)術(shu)利用電(dian)(dian)場(chang)將帶電(dian)(dian)粒(li)子在基(ji)板上(shang)沉(chen)積成(cheng)膜，可(ke)應用于各種(zhong)材料(liao)和任意(yi)形狀的(de)基(ji)板，設備簡單(dan)、操作靈活、成(cheng)本低廉且適(shi)應性強(qiang)，具有控制多(duo)種(zhong)粒(li)子規律(lv)組(zu)裝的(de)內在能力。
鑒于(yu)(yu)此，近(jin)日(ri)，TCL華(hua)星趙金(jin)陽(yang)博(bo)士，陳黎暄博(bo)士研究團(tuan)隊(dui)聯合(he)北京交通(tong)大學唐愛偉教授提出(chu)了(le)(le)一種多粒子(zi)協同電泳沉積策略(lve)，實現(xian)了(le)(le)可(ke)控組裝，高效率(lv)(lv)和(he)高分辨(bian)率(lv)(lv)的顯示(shi)圖案。相關成果以“Multiparticle Synergistic Electrophoretic Deposition Strategy for High-Efficiency and High-Resolution Displays”為題，發表(biao)于(yu)(yu)國際著名期(qi)刊(kan)《ACS Nano》。
研究人員選用二(er)氧化硅(SiO2)和(he)二(er)氧化鈦(TiO2)納(na)米(mi)粒(li)(li)子(zi)與量(liang)子(zi)點(dian)(QD)集成(cheng)，協同納(na)米(mi)粒(li)(li)子(zi)的間隔作用和(he)散(san)射效(xiao)應，以解決單(dan)一組(zu)分QD膜中由(you)于共(gong)振能(neng)量(liang)轉移(FRET)引起的發光效(xiao)率(lv)(lv)下降問題。通過精(jing)細的表面設計，研究人員利用EPD技術實現了QD、SiO2和(he)TiO2納(na)米(mi)粒(li)(li)子(zi)的精(jing)確共(gong)沉積，提(ti)高了QD薄膜的發光效(xiao)率(lv)(lv)（圖1）。
圖1. 多粒子協同電沉積系統的設計(ji)
研(yan)究(jiu)表明，通過(guo)調整帶電粒(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)遷(qian)移(yi)率，可以(yi)調節粒(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)運動速度，從(cong)而(er)控制(zhi)多粒(li)(li)子(zi)(zi)在同(tong)(tong)一懸浮液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)沉積(ji)順序。本文研(yan)究(jiu)了QD和不同(tong)(tong)配體含量的(de)(de)(de)SiO2粒(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)協(xie)同(tong)(tong)沉積(ji)，發現(xian)當(dang)SiO2粒(li)(li)子(zi)(zi)遷(qian)移(yi)率低(di)于(yu)或(huo)(huo)高于(yu)QD時，會(hui)形成(cheng)分層或(huo)(huo)梯(ti)度分布結(jie)構的(de)(de)(de)多粒(li)(li)子(zi)(zi)膜(mo)(mo)；而(er)二者遷(qian)移(yi)率相當(dang)時則形成(cheng)均勻分布的(de)(de)(de)多粒(li)(li)子(zi)(zi)膜(mo)(mo)（圖2）。其中(zhong)，粒(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)梯(ti)度分布可以(yi)獲得光學梯(ti)度結(jie)構，而(er)均勻分布的(de)(de)(de)共(gong)沉積(ji)膜(mo)(mo)則可以(yi)實現(xian)QD光致(zhi)發光性能的(de)(de)(de)顯(xian)著(zhu)增強。
圖2：通過EPD技術實現(xian)多粒(li)子可控組裝
通(tong)過調(diao)節QD和SiO2的(de)(de)比例，優(you)化了(le)共沉積(ji)膜中QD的(de)(de)間(jian)距，進一(yi)步引(yin)入(ru)TiO2粒子(zi)并利用其(qi)散(san)射效應，提(ti)高(gao)了(le)藍(lan)光(guang)(guang)(guang)吸收(shou)和能量(liang)轉化效率。實驗結果表明(ming)，與單一(yi)量(liang)子(zi)點相(xiang)比，多粒子(zi)協(xie)同系統顯著提(ti)高(gao)了(le)光(guang)(guang)(guang)致(zhi)發光(guang)(guang)(guang)性能。紅光(guang)(guang)(guang)和綠(lv)光(guang)(guang)(guang)共沉積(ji)膜的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)致(zhi)發光(guang)(guang)(guang)量(liang)子(zi)效率(PLQE)分別提(ti)高(gao)了(le)2.3倍(bei)和3.1倍(bei)，達到了(le)46.0%和43.8%。
研究人員利(li)用(yong)該多粒子(zi)協同電泳沉積技(ji)術，在大(da)面積圖案面板(ban)上制(zhi)備了(le)紅(hong)綠雙(shuang)色多粒子(zi)共(gong)沉積陣列，成功實現了(le)超(chao)過(guo)1000 PPI的(de)高分(fen)辨(bian)的(de)全(quan)彩(cai)顯示（圖3），展(zhan)示了(le)在高效高分(fen)辨(bian)率(lv)顯示器(qi)中的(de)巨(ju)大(da)潛力(li)。
圖3：多粒(li)子(zi)協(xie)同電(dian)泳沉積用(yong)于全(quan)彩顯示
這種多(duo)粒子(zi)共沉(chen)積策略具有(you)在(zai)加工納米材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)過程(cheng)中控制粒子(zi)組裝和(he)調控粒子(zi)分布的獨特優勢，這在(zai)實(shi)現高性能(neng)(neng)光電(dian)器件方面(mian)具有(you)巨大潛力。并且(qie)，這一策略可(ke)(ke)以擴展到開(kai)發(fa)具有(you)不(bu)同功(gong)(gong)能(neng)(neng)的各種材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)，包括均(jun)勻復(fu)合材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)和(he)梯(ti)度功(gong)(gong)能(neng)(neng)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)（如光學(xue)、電(dian)學(xue)、磁學(xue)梯(ti)度功(gong)(gong)能(neng)(neng)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)等(deng)）。因此，通過根據特定要求定制多(duo)粒子(zi)系統(tong)的組成(cheng)，研究人員可(ke)(ke)以在(zai)光電(dian)子(zi)和(he)生物應用等(deng)領域，開(kai)發(fa)出(chu)更多(duo)高效能(neng)(neng)的功(gong)(gong)能(neng)(neng)器件。
TCL華星(xing)李(li)雪飛博士(shi)(shi)為本(ben)論文第一作(zuo)者，趙金陽博士(shi)(shi)、陳黎暄博士(shi)(shi)和北(bei)京(jing)交通大學唐愛(ai)偉教(jiao)授為本(ben)論文通訊作(zuo)者。研究工作(zuo)得到(dao)了國家重點研發計劃(2022YFB3603600、2022YFB3606501)、廣東省科(ke)技計劃項目(2021B1212050009)和北(bei)京(jing)市自然科(ke)學基金(Z220007)的資助。
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