中国矿大等研究团队在铜碘杂化团簇基暖白光LED领域取得进展
12月19日，中国矿业大学材料与物理学院2014级校友王晶晶博士为第一作者，中国科学技术大学姚宏斌为通讯作者在Nature Photonics发表了题为“High efficiency warm-white light-emitting diodes based on copper–iodide clusters”的研究论文。该研究设计合成了一种具有高构型熵、高发光效率和宽光谱发射等特性的新型铜碘杂化发光团簇，并基于该团簇分子构筑了低成本、高效、高亮度的溶液法暖白光发光二极管（LED）器件。
随着信息化时代的到来，固态照明技术成为提升人们生活质量和行为便利性的核心技术之一，如今溶液法制备的LED器件由于制造工艺简单和可操作性强而被认为是实现下一代大面积固态照明的低成本技术路线。而制备和开发价格低廉、环境低毒且易规模化生产的高效发光材料和溶液法LED器件成为了未来发展高效、低成本固态照明技术的迫切需求。
近年来，以铜碘杂化团簇为基础的发光材料由于具有地壳丰度高、发光效率高、光谱可调等优势而引起人们的广泛关注。随着有机组分的功能化和主体材料掺杂结构的优化，目前基于铜碘杂化团簇的碘化铜簇的LED器件已经能够达到较高的效率。
然而，基于该材料体系的溶液法LED器件的制备依旧面临着团簇溶液加工性能差，发光层制备流程复杂以及器件功能层不兼容等问题。因此基于铜碘杂化团簇分子使用溶液法制备低成本高性能的LED器件仍然具有挑战性。
针对上述关键问题，作者通过同时引入氮膦螯合配体和高自由度的含膦增溶配体对团簇进行修饰，构建了一类新型的兼具高发光效率和高溶解度的铜碘杂化团簇，该团簇在LED器件制备交叉溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中表现出超过200 mg/mL的高溶解度和良好的结构稳定性（图1）。图1. 高溶解度铜碘杂化团簇在DMF溶剂中的稳定性表征
使用DMF溶剂进行旋涂制备得到的发光薄膜具有低表面粗糙度和高发光量子产率，将其直接作为发光层，能够通过正交溶剂路线制备低成本的无主体材料掺杂的暖白光LED器件（图2）。所得器件最大外量子效率达到19.1%，亮度超过40000 cd m-2，并且工作寿命超过232小时（T50@100 cd m-2）。图2. 高效暖白光溶液法LED器件的构筑图 3. 大规模溶液刮涂法制备的发光薄膜以及大面积LED器件
与此同时，得益于团簇良好的溶液加工性能，作者通过大规模刮涂技术，构筑了工作面积为36 cm2的大尺寸溶液法LED器件，该器件展现出亮度接近60000 cd m-2的暖白光发射（图3）。此外，通过在氮膦螯合配体的氮杂环上修饰不同的供电子基团，作者展示了一系列发光颜色可调的溶液法LED器件（图4）。图 4. 光谱可调的溶液法LED器件
总之，该研究工作实现了基于铜碘杂化团簇材料的高效高亮度暖白光LED器件的构筑，铜碘杂化团簇材料体系所具备的结构可拓展性以及光谱可调节性使其在低成本高性能LED面板显示等固态照明技术中具备广阔的应用潜力。
论文的共同第一作者包括冯力喆（博士研究生）、师广益（硕士研究生）和杨俊楠（博士）。论文的其他重要合作者包括南京工业大学王建浦教授，福建物构所陈学元研究员，中国科学技术大学肖正国教授、樊逢佳教授以及合肥国家同步辐射实验室郑旭升教授等。（来源：中国矿业大学材料与物理学院）
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