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南开团队在缺陷调控构筑新光电材料方面取得重要进展
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2023-11-02 15:59

  南开新闻网讯(通讯员 程丹)近日,南开大学物理科学学院许京军教授团队的武莉、孔勇发课题组在缺陷调控构筑新型光电材料方面取得重要进展:基于准连续缺陷能级的构筑,制备出在423K温度下持续时间超过8小时的高温长余辉发光材料。相关成果以Quasi-Continuous Defect Levels in Broadband Gap: A New Strategy for High Temperature Long Persistent Luminescence Materials为题,发表在Advanced Optical Materials上。

  光电功能材料在照明、显示、探测、防伪等领域有重要应用。常规研究从经典体系入手,采用尝试法从大量材料中进行筛选,获得所需高性能新材料面临精准性不够、效率不高等众多挑战,限制了先进材料研发的进程。该团队多年来从缺陷入手,研究功能材料光电转换特性的物理本质,指导新型光电材料的研发。不仅实现了发光材料的“零热淬灭”(Adv. Opt. Mater. 2021, 2100870)、拓展了弹性应力发光材料的研究体系(J. Mater. Chem. C 2019, 7, 7096;2021, 9, 3513),而且突破了需含XO4基团的基质才能实现变价离子“自还原”的限制,在仅含平面BO3基团的硼酸盐基质中,实现了锰离子在空气中自发由四价到二价的转变。揭示了特定的基质结构并非实现变价离子自还原的必要条件,而掺杂及制备过程中引入的晶格缺陷才是产生这一现象的关键。加深了对自还原机理的认识,进一步明确了晶格缺陷在光电材料制备及性能优化中的重要作用(Adv. Opt. Mater. 2023, 2300515.)。

  基于不同深度的缺陷能级对材料发光性能调控作用的思考,该团队提出在宽禁带基质中构筑准连续缺陷能级的策略,解决了长余辉发光材料在高温下性能急剧劣化的难题,制备出高温长余辉发光材料,在423K温度下余辉持续时间超过8小时依然肉眼可见,可用于深达地下4500米的深井勘探等极端条件下的应急照明及警示装置。同时,该材料优异的蓝色阴极荧光性质使其适用于场发射显示,而可操控的发光特性更使其同样适用于高级别防伪,成为集多种功能于一体的复合功能材料。

  图:(a) 模切法制备的校徽样品在2小时内的室温长余辉;(b) 实验室模拟深井勘探的地下温度;(c) SOS余辉信号随温度/深度的变化,在约4500m深度8h后依然肉眼可见;(d) 不同灯丝电流和加速电压下的CL谱,测试范围未达到饱和;(e) CL谱随电子束照射时间的变化,90min内强度下降仅10%,CIE坐标几乎不变。

  南开大学博士研究生张盼为第一作者,南开大学武莉教授、孙同庆副教授和兰州大学王育华教授为共同通讯作者,南开大学为第一完成单位。相关工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助。

  相关文章链接:https://doi.org/10.1002/adom.202301406.

编辑:韦承金

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