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最新刊期

2021 年第 6 期

封面文章

新兴零维金属卤化物的光致发光与应用研究进展增强出版
苏彬彬,夏志国
2021, 42(6): 733-754. DOI: 10.37188/CJL.20210088

摘要：零维(0D)金属卤化物是一类新兴的发光材料体系，它们具有独特的“主-客”体结构，即独立的阴离子金属卤化物多面体客体规则有序地分布在有机阳离子或碱金属阳离子形成的主体框架中。这种具有相对较“软”晶格的0D金属卤化物材料的发光主要源于自陷激子(Self-trapped excitons,STEs)复合，其通常呈现出宽带发射，且具有大的斯托克斯位移。通过筛选不同的及多样化构型的金属卤化物多面体，将其与合适的有机阳离子或者Cs⁺等组合，可形成多种新型结构的0D金属卤化物，并实现丰富的STEs发光特性，其可调节的荧光发射不仅可以覆盖整个可见光区，还可实现单相白光或近红外发光，成为光致发光材料研究领域的一个热点和重点。基于此，本文结合本课题组在该领域的研究工作基础，首先讨论了0D金属卤化物的光致发光机理;其次，介绍了具有不同多面体构型的0D金属卤化物材料的发光特性及应用;最后，总结了0D金属卤化物目前亟待解决的关键科学问题，并对0D金属卤化物的未来发展方向进行了展望。
关键词：金属卤化物;光致发光;LED应用

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发布时间：2021-06-18

特邀综述

低维钙钛矿光电探测器研究进展
杨洁,皮明雨,张丁可,唐孝生,杜鹃
2021, 42(6): 755-773. DOI: 10.37188/CJL.20210033

摘要：近年来，三维铅卤钙钛矿由于其优异的光电子性能，作为光电器件(如太阳能电池、发光二极管和激光器等)的新型半导体材料被广泛研究，然而三维钙钛矿的铅毒性以及稳定性差严重阻碍了其商业化应用。低维钙钛矿材料由于其优异的光电性能以及稳定性，在光电应用领域引起了广泛关注。除了用于光伏和发光二极管以外，低维钙钛矿已成为未来光电探测器有前途的候选者。本文对低维钙钛矿的结构、光电探测器的种类以及性能参数进行简要介绍，重点阐述了低维钙钛矿光电探测器的研究进展。同时，对本研究领域未来的发展方向进行了讨论。
关键词：低维;钙钛矿材料;稳定;光电探测器

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发布时间：2021-06-18

Mini综述

聚合物点:合成方法、性能及光学应用进展
李慧珺,桂勃杰,直士博,王欢,韩三灿,王丁,王现英,杨俊和
2021, 42(6): 774-792. DOI: 10.37188/CJL.20210044

摘要：聚合物点由于具有易调控的光电特性一直备受相关领域研究者们的关注. 作为一种新型碳基纳米材料，聚合物点的分类、合成方法及性能仍缺乏较为系统的总结. 本篇综述根据聚合物点的结构，将其分为共轭聚合物点和碳化聚合物点，主要围绕两种聚合物点的定义、合成方法及发光机理进行了讨论. 此外，本文还对聚合物点近年来的光学应用进行了总结，包括生物成像和荧光标记、药物和基因传递、传感、光电器件、光催化和防伪等.
关键词：聚合物点;共轭聚合物点;碳化聚合物点;光致发光

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发布时间：2021-06-18

材料合成及性能

Cr³⁺、Yb³⁺共掺杂LaSc₃(BO₃)₄近红外荧光粉的发光与器件性能
邬金闽,黄得财,梁思思,徐寿亮,朱浩淼
2021, 42(6): 793-803. DOI: 10.37188/CJL.20210066

摘要：荧光粉转换型宽带发射近红外LED在食品检测、生物医药、安防监控等领域具有重要的应用价值。本工作介绍了一种具有宽带近红外发射的LaSc₃(BO₃)₄∶Cr³⁺(LSB∶Cr³⁺)荧光粉，在460 nm蓝光激发下，其发射覆盖650~1 200 nm范围，半高宽达到170 nm。在此基础上，通过Yb³⁺共掺，有效提升了其发光性能，其中发射峰半高宽拓宽到223 nm，最高发光量子产率由14%提升至35%，发光热稳定性也得到显著提高。基于荧光粉的发光量子产率、荧光寿命和发光热稳定性等数据分析，发现Yb³⁺共掺杂对材料发光热稳定性的改善主要源于Cr³⁺与Yb³⁺之间的高效能量传递，并且Yb³⁺在基质材料中表现出更好的热稳定性。最后，将LSB∶Cr³⁺,Yb³⁺荧光粉与蓝光LED芯片结合，制备成近红外LED器件，在60 mA驱动电流下，近红外输出功率达16 mW。以上结果表明，LSB∶Cr³⁺,Yb³⁺荧光粉是一种潜在的近红外LED用发光材料。
关键词：近红外荧光粉;Cr³⁺/Yb³⁺共掺杂;能量传递;近红外荧光粉转换发光二极管

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发布时间：2021-06-18
Tb³⁺掺杂透明锗酸盐微晶玻璃:制备与面向X射线探测的增强发光增强出版
陈宇暄,黄立辉,赵静涛,赵士龙,徐时清
2021, 42(6): 804-809. DOI: 10.37188/CJL.20210117

摘要：通过熔融淬火和后续热处理，成功制备了Tb³⁺掺杂含LaF₃纳米晶透明锗酸盐微晶玻璃. 详细研究了所制备的玻璃和微晶玻璃的发光性质. X射线衍射结果表明，玻璃基体中析出的晶相为纯LaF₃晶体，晶粒尺寸在16~21 nm之间. 在377 nm紫外光和X射线激发下，Tb³⁺掺杂含LaF₃纳米晶的微晶玻璃比Tb³⁺掺杂的锗酸盐玻璃表现出更强的绿光发射，且绿光发射强度随热处理温度升高和时间的延长而增强. 微晶玻璃在X射线激发下的最大积分发光强度约为商用闪烁晶体Bi₄Ge₃O₁₂的40.3%. 本研究表明，掺Tb³⁺含LaF₃纳米晶锗酸盐微晶玻璃在X射线探测中具有潜在的应用前景.
关键词：发光;Tb³⁺;锗酸盐玻璃;微晶玻璃;玻璃闪烁体

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发布时间：2021-06-18
高温热处理a面AlN表面形貌演变机理增强出版
隋佳恩,贲建伟,臧行,蒋科,张山丽,郭冰亮,陈洋,石芝铭,贾玉萍,黎大兵,孙晓娟
2021, 42(6): 810-817. DOI: 10.37188/CJL.20210111

摘要：非极性a面AlN(a-AlN)能够从根本上解决极性AlN引起的量子限制斯塔克效应问题，是提升AlGaN发光器件效率的有效途径。但是，非极性AlN生长面临更大的挑战，目前难以实现低缺陷密度、高平整表面的非极性a-AlN。高温热处理是一种提高AlN质量的有效方法，但在热处理过程中，非极性a-AlN的表面形貌演变的物理机理尚不明确，直接影响了a-AlN表面改善与质量提升。本研究通过对a-AlN薄膜在不同条件下进行高温热处理，对样品的表面形貌演变过程进行了表征与分析，并结合第一性原理计算，揭示了高温热处理对非极性a-AlN表面的影响及其物理机理。结果表明，在高温热处理过程中Al、N原子更趋向于从a面与m面分解，而在c面吸附，使得a-AlN样品表面在高温热处理过程中出现了沿c轴方向的高取向性条纹原子台阶形貌，进而提高a-AlN材料质量。本研究为实现高质量非极性a-AlN材料及紫外发光器件提供了重要基础。
关键词：a-AlN;高温热处理;表面形貌演变;结合能

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发布时间：2021-06-18
通过Pr³⁺掺杂SrZnOS实现应力发光颜色调控及其应力发光机理增强出版
李婷,杨云凌,范雨婷,袁佳勇,申玉芳,张志军
2021, 42(6): 818-828. DOI: 10.37188/CJL.20210094

摘要：采用高温固相法成功制备出新型Sr_1-2xPr_xLi_xZnOS应力发光材料。通过XRD、扫描电镜、漫反射、光致发光、荧光衰减、应力发光和热释光等测试详细研究了晶体结构、形貌、光致和力致发光性能及其发光机理。在298 nm激发下，Sr_1-2xPr_xLi_xZnOS的发光位于522 nm和674 nm，分别来自于Pr³⁺离子从激发态³P₀到³H₅、³F₂的跃迁。随着Pr³⁺浓度增加，发光强度先增加后减小，在x=0.015时发光最强，且衰减时间从17.79 μs减短到5.93 μs。在载荷为5 000 N激发下可以获得Pr³⁺离子的522 nm和674 nm的应力发光发射带。位于522 nm和674 nm的两个发射带的相对强度I_G/I_R随着掺杂浓度的增加呈线性减小，且在色坐标图(CIE)和实物应力发光照片中均能观测到应力发光的颜色从黄绿光到橙黄光的转变。该材料的研究将为应力发光领域提供调控颜色的新思路，在压力显示成像和应力传感领域具有潜在的应用价值。
关键词：应力发光;SrZnOS;Pr³⁺

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发布时间：2021-06-18
CsPbBr₃/Si₃N₄复合材料制备及发光性能增强出版
徐范范,聂文东,尧利钦,何盛安,陈广,叶信宇
2021, 42(6): 829-837. DOI: 10.37188/CJL.20210085

摘要：近年来，钙钛矿量子点CsPbX₃(X=Cl,Br,I)稳定性较差的问题引起了广泛关注。本文在室温下合成了稳定的CsPbBr₃/Si₃N₄绿色荧光粉并将其应用于白光发光二极管(WLEDs)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、激发和发射光谱(PL、PLE)等分析测试手段对CsPbBr₃ 量子点和CsPbBr₃/Si₃N₄荧光粉的结构、形貌、元素组成及光谱特性等进行了分析对比。实验结果表明，CsPbBr₃/Si₃N₄绿色荧光粉的热稳定性、水稳定性、色稳定性均得到了显著提升。80 ℃时CsPbBr₃/Si₃N₄荧光粉的发光强度能保持初始发光强度的87.4%，水中浸没120 min后发光强度能保持初始发光强度的75.5%。CsPbBr₃/Si₃N₄复合材料的量子效率则由CsPbBr₃量子点粉体的15.4%提升至35.4%。将CsPbBr₃/Si₃N₄复合材料与K₂SiF₆∶Mn⁴⁺红色荧光粉、InGaN基蓝光LED芯片封装制得的WLED器件色域为113.4% NTSC，流明效率达49.4 lm/W。
关键词：钙钛矿量子点;绿色荧光粉;稳定性

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发布时间：2021-06-18
碘化钾对两步法制备钙钛矿薄膜及其电池性能的影响
高领伟,翟光美,任锦涛,陈青,员政宽,梅伏洪,王英民,余春燕,许并社
2021, 42(6): 838-848. DOI: 10.37188/CJL.20210040

摘要：有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因具有光电转化效率高和制备成本低廉等优点而备受关注。钙钛矿薄膜中的缺陷是限制钙钛矿电池性能进一步提升的重要因素，而缺陷调控又依赖于薄膜制备方法的发展和进步。两步法是制备钙钛矿薄膜和电池的主要方法之一，但目前对在两步法前驱液中引入添加剂如何影响钙钛矿薄膜结晶过程和缺陷密度的认识不足。本工作致力于利用光谱、X射线衍射、扫描电镜和电学测试等技术手段研究在两步法的铅盐溶液中引入碘化钾(KI)对卤化铅溶液、钙钛矿转化、缺陷密度和电池性能的影响。实验结果表明，适量KI的引入有利于高碘配位数铅碘配合物的生成，促进卤化铅向钙钛矿相的室温转化，并有效降低钙钛矿薄膜中的缺陷密度，钙钛矿电池的光电转化效率从无KI时的17.49%提高到19.17%。本工作的研究结果不仅有助于加深对两步法制备钙钛矿过程中结晶规律的理解，而且有助于进一步推动钙钛矿薄膜质量和器件性能的提升。
关键词：钙钛矿太阳电池;碘化钾;两步法;缺陷钝化;碘铅酸盐

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发布时间：2021-06-18
全无机钙钛矿CsPbBr₃微米棒的变温荧光特性
王虎,鹿建,王中阳
2021, 42(6): 849-854. DOI: 10.37188/CJL.20210062

摘要：通过化学气相沉积法(CVD)在云母基底上制备得到CsPbBr₃微米棒，并使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对样品形貌和晶体结构进行表征。采用变温(10~290 K)荧光光谱研究了CsPbBr₃激子发光的温度依赖特性。实验发现，在室温下CsPbBr₃微米棒有两个发光峰，分别为位于2.357 eV、半宽为 52 meV的自由激子发光及能量位于2.298 eV、半宽为 73 meV 的束缚激子发光。从10 K开始，随着温度升高，自由激子的峰位能量单调蓝移，束缚激子的峰位能量在120 K 之前单调蓝移，其后趋于平缓。且激子峰半高宽随温度升高而逐渐增大。这种变温荧光特性主要是由于激子和纵向光学声子(LO)的相互作用引起的。本文有助于进一步理解CsPbBr₃光物理特性，对未来高性能光电子器件研究具有指导意义。
关键词：钙钛矿;激子;声子;变温荧光

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发布时间：2021-06-18

器件制备及器件物理

基于硅氧烷修饰的苝二酰亚胺氟离子荧光传感器增强出版
张丹,刘婕,石栋,张新意,高保祥,冯亚凯,任相魁
2021, 42(6): 855-862. DOI: 10.37188/CJL.20210068

摘要：通过简单的一步反应合成了一种新型含硅氧烷基团的苝二酰亚胺(PDI-TES)荧光传感器. 结合小角X射线衍射、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和动态光散射等实验方法，阐明了PDI-TES的晶体结构、自组装行为和检测性能. 实验结果表明，PDI-TES具有良好的热稳定性和有序的晶体结构. 此外，由于Si—O键的断裂，PDI-TES对氟离子具有较高的选择性和灵敏度，检出限低至1.58×10^-6 mol/L. 这些优良的检测性能和简单、低成本的合成方法，有望使PDI-TES成为一种实用的氟离子检测荧光传感器.
关键词：苝二酰亚胺;荧光传感器;硅氧烷;氟离子

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发布时间：2021-06-18
Er³⁺掺杂对ZnO/GaN发光二极管电致发光性能的调控增强出版
刘威,李竹新,王俊洁,石增良
2021, 42(6): 863-870. DOI: 10.37188/CJL.20210125

摘要：采用水热法制备了Er³⁺掺杂的ZnO纳米棒阵列，通过场发射扫描电镜、X单晶衍射谱仪、透射电镜、微区显微光谱仪等对其形貌结构和发光性能进行了表征。结果表明，掺杂前后ZnO纳米棒的形貌及晶型结构未发生改变，Er³⁺被均匀地掺杂至ZnO纳米棒中，并未发现形成Er₂O₃;掺杂Er³⁺后样品的光致发光光谱显示400 nm左右蓝光部分占比先提高后减少，其可见光占比减少归因于Er³⁺填补了一部分锌空位缺陷，同时抑制了一部分氧空位缺陷。结合荧光寿命光谱分析也可发现其辐射发光部分寿命延长，表明荧光辐射效率提高。最终选取掺杂浓度为30%的单根ZnO纳米棒制备ZnO/GaN异质结发光二极管，与未掺杂Er³⁺的样品相比，其电致发光强度提高了5倍。本研究可为ZnO基电致发光器件的性能改善提供一种简便可行的方法。
关键词：ZnO纳米棒阵列;Er³⁺掺杂;缺陷调控;电致发光器件

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发布时间：2021-06-18
具有叠层超薄膜结构的高性能有机晶体管氨气传感器增强出版
陈晗,胡琪,邱龙臻,王晓鸿
2021, 42(6): 871-879. DOI: 10.37188/CJL.20210107

摘要：研究了基于给-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基) -苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT) 超薄膜叠层晶体管的电学性能及氨气传感特性。使用相分离方法以及转移-刻蚀步骤制备了不同堆叠层数的PBIBDF-BT超薄膜。系统地研究了PBIBDF-BT超薄膜堆叠层数与器件性能的关系。实验结果表明，单层PBIBDF-BT超薄膜器件对氨气具有良好的传感性能，电学性能较差。超薄膜叠层能够有效提高传感器的电学性能，随着超薄膜叠层数量的增加，器件迁移率不断上升;超薄膜层数增加为3层及更多时迁移率上升趋势变缓，迁移率最大值为0.58 cm²·V^-1·s^-1。超薄膜叠层器件氨气传感性能在层数为2层后呈现下降趋势。通过PBIBDF-BT超薄膜叠层方法，制备出在1.0×10^-5氨气环境下，迁移率为0.23 cm²·V^-1·s^-1、源漏电流变化百分比为90.7%、性能良好的OFET氨气传感器。
关键词：有机超薄膜晶体管;给体-受体共轭聚合物;氨气检测;超薄膜叠层

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发布时间：2021-06-18

发光产业及技术前沿

喷墨打印量子点墨水调控增强出版
郭标,穆兰,罗宇,李丹阳,王俊杰,李妙姿,彭俊彪
2021, 42(6): 880-888. DOI: 10.37188/CJL.20210078

摘要：设计了环己基苯与十八烯的双溶剂量子点墨水体系，研究了具有CdSe@ZnS/ZnS核/壳结构的绿光量子点(QDs)成膜规律及其发光特性。设计的高沸点、低表面张力的十八烯和低沸点、高表面张力的环己基苯所组成的双溶剂墨水体系增强了马兰戈尼流，减弱了量子点在像素坑边缘的沉积，实现了在像素坑中制备表面平整的量子点薄膜。研制的分辨率为240 PPI的倒置结构顶发射绿光量子点阵列发光器件启亮电压2.7 V，最高亮度132 510 cd/m²，最大外量子效率14.0%，为采用喷墨打印工艺制备高性能量子点电致发光点阵器件提供了借鉴。
关键词：喷墨打印;墨水调控;量子点薄膜;倒置结构;量子点发光二极管

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发布时间：2021-06-18
GaN基光栅的干法刻蚀工艺
郭孝浩,胡磊,任霄钰,吴思,张立群,张志军,杨辉,刘建平
2021, 42(6): 889-895. DOI: 10.37188/CJL.20210037

摘要：研究了基于BCl₃/Cl₂电感耦合等离子体(ICP)刻蚀对氮化镓基分布式反馈激光器中光栅的刻蚀，详细研究了刻蚀气体BCl₃/Cl₂流量比和压强对刻蚀台面侧壁的粗糙度、陡直度以及刻蚀速率的影响，发现以SiO₂ 作为硬掩膜，刻蚀速率、台面侧壁粗糙度以及陡直度随着刻蚀气体BCl₃/Cl₂流量比以及压强变化有着显著变化。保持ICP功率和射频功率分别为300 W和100 W，当刻蚀气体BCl₃/Cl₂流量比为1、压强为1.33 Pa(10 mTorr)，最终得到200.6 nm/min的可控刻蚀速率、倾角85.3°且光滑的台面侧壁，实现了在保证光栅侧壁光滑的同时提升侧壁倾角。陡直且光滑的光栅对于提升氮化镓基分布式反馈激光器的器件性能及其稳定性非常重要。
关键词：氮化镓;分布式反馈;光栅;电感耦合等离子体刻蚀;BCl₃/Cl₂

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发布时间：2021-06-18

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