【仪表网 研发快讯】近日，北京理工大学材料学院贺志远教授团队和中科院理化技术研究所吴雨辰研究员团队合作，在量子点发光二极管(QLED)技术领域取得突破，研究人员通过开发一种芳香增强的毛细管桥限域策略，成功实现了蓝色量子点(QD)的长程有序排列，显著提升了QLED的性能和稳定性。相关研究成果以“Long-range order enhance performance of patterned blue quantum dot light-emitting diodes”为题在《Nature Communications》上发表，北京理工大学硕士生贾玉玉为论文第一作者。
量子点发光二极管(QLED)因其低能耗、窄带发射光谱、高对比度等特性，被认为是下一代显示技术的理想选择。目前，红色和绿色QLED在效率和稳定性方面已接近商业化标准，但蓝色QLED，尤其是图案化蓝色QLED，仍面临效率低、稳定性差和分辨率不足等挑战。传统图案化方法容易导致量子点排列无序，引发非辐射复合和电荷泄漏，从而降低器件性能。因此，开发一种能够实现蓝色量子点长程有序排列的高效策略，对于推动QLED的商业化应用具有重要意义。
要点一：蓝色量子点由于尺寸较小，粒子间相互作用较弱，导致其在图案化过程中难以实现有序排列。针对这一问题，团队提出了一种芳香增强的毛细管桥限域组装策略，通过引入短链芳香配体(3-氟肉桂酸，3-F-CA)增强量子点间的相互作用，实现了蓝色量子点的长程有序排列。
图1 3-F-CA对量子点性能的影响
要点二：通过溶剂蒸发诱导三相接触线定向滑动，在微孔内形成有序阵列。借助3-F-CA的分子间作用力，克服流体动力学干扰，实现精度可控的量子点排列。所得阵列表面粗糙度显著降低，掠入射小角X射线散射观测到清晰布拉格衍射斑点。长程有序结构使载流子迁移率提升，电荷泄漏减少。
图2 长程有序量子点阵列的制备和性能
要点三：将长程有序阵列集成至QLED器件中，实现突破性性能：峰值外量子效率24.1%，亮度超10万尼特(101,519 cd m-2)，较无序器件提升5倍，工作寿命达到54小时，较无序器件提升3.6倍。有序结构还改善散热，连续工作10小时后器件表面温度比无序结构低6.7 ℃。
图3 QLED的性能表征
要点四：基于该技术团队成功制备了最小3 μm×3 μm像素的蓝色QLED阵列，分辨率突破5000 PPI。不同像素尺寸器件性能统计显示：3μm像素器件仍保持18.3%的平均效率、7.3万尼特亮度及48小时的工作寿命。构建的10 mm×10 mm显示设备可实现清晰图像输出，528像素区域良率达99.6%。该策略同时适用于红绿量子点，为全彩QLED显示提供统一解决方案。
图4 高分辨率QLED器件和静态电致发光图案展示
本研究通过芳香增强与毛细管桥限域组装的协同作用，成功实现了蓝色量子点的长程有序排列，制备的QLED器件的峰值外量子效率24.1%，最高亮度达到101,519 cd m-2。器件的最小像素尺寸达到3微米，分辨率超过5000 PPI，为高分辨率显示应用提供了新的解决方案。这项研究为量子点材料的自组装和图案化技术提供了新思路，具有重要的科学意义和应用价值。未来，该技术有望在柔性显示、虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等领域发挥重要作用，为下一代显示技术的发展开辟新方向。
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