用钙钛矿量子线制成的全彩光纤 LED 为先进的可穿戴显示器铺平了道路

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香港科技大学工学院领导的研究团队利用钙钛矿量子线（PeQW）开发出全色光纤发光二极管，为创新的可穿戴照明和显示设备铺平了道路。
该研究发表在《科学进展》杂志上，题为“基于钙钛矿量子线的全色光纤发光二极管”。
光纤发光二极管 (Fi-LED) 因其与纺织品制造的兼容性和出色的空间亮度均匀性而成为柔性 LED 领域的关键组件。金属卤化物钙钛矿 (MHP) 因其优异的光电特性而成为下一代 LED 的有前途的发光材料。
尽管具有潜力，但基于 MHP 的 Fi-LED 的制造面临着诸如重力和表面张力引起的不均匀涂层、低质量结晶和复杂的电极沉积过程等挑战，这些都导致不均匀和低效的发光。
为解决这些问题，由香港科技大学电子及计算机工程学系及化学及生物工程学系讲座教授范志勇领导的研究团队，采用了一种新颖的方法，在薄铝纤维上使用多孔氧化铝膜 (PAM) 模板。PAM 具有约 5 纳米的超小孔径，采用卷对卷溶液涂覆工艺在铝纤维上制造。
利用多孔氧化铝膜模板生长钙钛矿量子线。图片来源：香港科技大学
将MHP前驱体溶液注入PAM通道，然后进行周围退火程序，以确保溶剂蒸发和MHP结晶在空间上均匀分布。此方法可实现PeQW阵列的均匀生长，并最大限度地减少PAM表面不必要的薄膜结构的形成。
研究团队成功演示了全色 Fi-LED 的制造，其发射峰为 625 nm（红色）、512 nm（绿色）和 490 nm（天蓝色）。所制造的纤维表现出良好的可弯曲性和可拉伸性，使其适用于纺织照明应用。
展示了各种 2D 和 3D 架构，包括 2D 全彩灯串“I ♥ HKUST”，所有灯串均具有出色的荧光均匀性。此外，维多利亚港的“夜景”采用 PeQW 和卤化物梯度诱导色彩过渡技术制作而成，凸显了 Fi-LED 的多功能性和美学潜力。
这项研究代表了 Fi-LED 领域的重大进步。未来的发展可以集中在提高 Fi-LED 的效率和稳定性、探索新的钙钛矿成分以实现更广泛的发光颜色，以及将这些设备集成到商业纺织产品中。
柔性全彩 Fi-LED 的电致发光。图片来源：香港科技大学
“量子限制效应与 3D 多孔氧化铝膜结构钝化的结合使我们能够实现出色的光致发光和电致发光效率。我们的光纤 LED 创新方法为制造非常规 3D 结构照明光源开辟了新的可能性，为先进的可穿戴显示技术铺平了道路，”范教授说。
电子与计算机工程专业博士生任北涛为本文第一作者，范教授为通讯作者，其他共同作者包括范教授课题组的博士生、博士后研究人员以及中山大学和南京理工大学的合作者。
更多信息： Beitao Ren 等人，基于钙钛矿量子线的全色光纤发光二极管，Science Advances (2024)。DOI ：10.1126/sciadv.adn1095
期刊信息： Science Advances