中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
發(fā)光碳納米點(diǎn)是近十年發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)重要發(fā)光材料，但是其存在的聚集誘導熒光淬滅問(wèn)題一直阻礙其在光電器件中發(fā)展，特別是碳納米點(diǎn)在可見(jiàn)光通訊器件方面的應用更是鮮有報道。近日，中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所曲松楠課題組與復旦大學(xué)郭睿倩課題組合作，提出一種新的方便快捷的處理方法制備出具有高熒光量子效率的純碳納米點(diǎn)熒光粉，利用合適濃度的過(guò)氧化氫溶液對原本固態(tài)下熒光猝滅的碳納米點(diǎn)進(jìn)行表面氧化處理，實(shí)現碳納米點(diǎn)固態(tài)下的高效發(fā)光。同時(shí)利用該碳納米點(diǎn)熒光粉較短熒光壽命的特點(diǎn)，與郭睿倩課題組合作，首次將所研制的碳納米點(diǎn)熒光粉應用于可見(jiàn)光通訊器件。該工作對于研究解決碳納米點(diǎn)的固態(tài)猝滅以及推動(dòng)碳納米點(diǎn)在照明及可見(jiàn)光通訊器件中的應用具有重要意義。該成果發(fā)表在國際期刊Advanced Science上(Adv. Sci. 2018, 1800369)，第一作者為在讀博士生周正杰，復旦大學(xué)田鵬飛為共同第一作者，通訊作者為曲松楠和郭睿倩。并申請了一項國家發(fā)明專(zhuān)利，已受理。
曲松楠課題組利用過(guò)氧化氫溶液對以檸檬酸與尿素為原材料，微波法合成的原本固態(tài)熒光猝滅的碳納米點(diǎn)進(jìn)行氧化處理，該方法不同于被較多報道的將碳納米點(diǎn)摻雜進(jìn)入例如PVA或無(wú)機鹽等基質(zhì)的方法，處理后的碳點(diǎn)獲得寬帶隙的表面能級結構，抑制了碳納米點(diǎn)聚集態(tài)下表面態(tài)的無(wú)輻射躍遷過(guò)程，獲得固態(tài)下熒光量子效率25%的黃綠光碳納米點(diǎn)。以所研制的碳納米點(diǎn)熒光粉作為顏色轉換層，通過(guò)調節碳點(diǎn)熒光粉的比例，制備出不同色溫的白光LEDs。所研制的碳點(diǎn)熒光壽命只有幾個(gè)納秒(~ 6ns)，將其作為光轉換層，制備可見(jiàn)光通信領(lǐng)域器件，國際上首次實(shí)現了帶寬為285MHz、信號傳輸速率為435 Mbps的基于碳納米點(diǎn)的可見(jiàn)光通信。
此外，研究人員也將傳統的量子點(diǎn)應用于制備高效發(fā)光粉，并將其應用于白光照明以及通訊中，顯色指數可以達到90.3，而光通訊速率可以達到42 MHz。該成果發(fā)表在國際期刊ACS Applied Materials & Interfaces上(ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 27160-27170)，第一作者為助理研究員周鼎，通訊作者為曲松楠和郭睿倩。
以上工作得到長(cháng)光-復旦合作基金項目、吉林省中青年科技創(chuàng )新領(lǐng)軍人才及團隊項目、吉林省科技廳自然科學(xué)基金等的支持。
(a，b)基于ox-CDs熒光粉制備的白光器件，(c)光通訊系統的光路示意圖，(d)信號傳輸速率測試。
(a)白光光源的照片、(b)發(fā)光光譜以及(c)色坐標。(d)基于半導體量子點(diǎn)光通訊器件帶寬測試曲線(xiàn)。
基于熒光碳納米材料的高帶寬可見(jiàn)光通訊器件研究取得進(jìn)展
