香港理工大學郝建華教授研究組Adv.Mater：基於壓電光子學效應的磁場耦合動態非接觸多彩可調控發光

【引言】

發光材料由於其在顯示器，固態照明，感測器，存儲器和生物成像中的廣泛應用而被深入地研究。在這些應用中需要發光材料具有可調製的發光波長和發射強度。目前大多數研究集中在通過改變熒光材料的化學成分，晶體結構，相位，晶粒尺寸和表面基團來調控發光的性質。然而這些方法基本上都是非原位和不可逆的過程，通過原位和動態方法來調製具有固定組分熒光材料的發光是很少的，這種多色可調控發光材料的發展可能得到新的的應用。

【成果簡介】

近日來，香港理工大學郝建華教授（通訊作者）研究組在基於壓電光子學效應的磁場耦合多彩發光上取得重要進展，在Adv. Mater上發表題為「Temporal and Remote Tuning of Piezophotonic-Effect-Induced Luminescence and Color Gamut via Modulating Magnetic Field」的文章。在這項工作中報道的新方法是基於壓電光子學效應，動態調製壓電熒光體的能帶結構和電荷載流子的陷阱深度，隨後通過非接觸激發誘導電荷陷阱的激活。這種能夠耦合磁場動態調控發光材料的新發現將為磁光學感測，壓電光子學，非破壞性環境監測，新型光源和顯示技術等領域的應用和發展具有重要的促進作用。

【圖文導讀】

圖1：磁場頻率與發射光譜變化圖

a 動態磁場激發下，基於ZnS:Al/Cu磁誘導發光(MIL)複合材料發光的示意圖；

b 複合材料在各種頻率下的歸一化發射光譜，淺藍色區域顯示發射波長調製範圍；

c 不同磁場調製頻率下積分發射強度；

d 不同磁場調製頻率下樣品的發光圖片。

圖2：兩個特徵波長（472和503 nm）處的ZnS：Al，Cu的MIL單波長特徵譜圖

a 具有各種頻率的正弦磁場下472和503 nm處發射的ZnS：Al，Cu的時間依賴發光強度譜；

b 不同激發調製頻率下472和503 nm處發射的上升時間；

c不同激發調製頻率下472和503nm處的相對MIL強度；

d 在472和503nm處的發射強度作為磁場強度的平方的線性函數擬合。

圖3： ZnS：Al，Cu壓電熒光體MIL的動態色彩調製機理的示意圖

當將特定的金屬離子（Al和Cu）摻雜到壓電熒光體（ZnS）的主晶格中時，發生非等價替代，導致各種缺陷。這些缺陷產生髮射不同顏色的發光中心。通常，硫化物空位（VS）歸因於主晶體中的晶格失配，其可以通過獲得自由電子而在導帶（CB）之下形成淺的施主狀態。不同能級的這些電荷陷阱通過庫侖相互作用結合在一起，形成具有離散空間對內分離（r）的供體和受體對的各種發光中心。

圖4：MIL複合材料的全彩顯示

a MIL複合材料全彩顯示示意圖；

b 混合YAG：Ce熒光粉的MIL複合材料的色溫調製圖片；

c 不同比例YAG：Ce熒光粉的兩個複合樣品的色坐標調製範圍；

d 多色MIL柔性複合材料顯示香港理工大學的標誌；

e RGB三色顯示圖；

f MIL複合材料的紅光發射的瞬態特性。

傳統上採用化學方法改變樣品的組成來實現發光材料的發射波長和顏色的調控通常是非原位和不可逆的。他們在這項工作中報道的新方法是基於壓電發光材料的能帶結構和電荷載流子的陷阱深度的動態控制，隨後通過非接觸激發誘導電荷陷阱的激活。實驗中，通過調製磁場激發的頻率，實現調控發射峰值波長和ZnS：Al，Cu熒光體顏色。此外，通過與YAG：Ce和（Ca1-xSrx）S：Eu持續熒光體的光子能量耦合來實現具有可調色溫的RGB全色和白光，對發光光子發射機制提供了新見解。

文獻鏈接：Temporal and Remote Tuning of Piezophotonic-Effect-Induced Luminescence and Color Gamut via Modulating Magnetic Field（Adv. Mater, 2017, DOI 10.1002/adma.201701945）

通訊作者簡介：

郝建華教授，本科、碩士和博士畢業於華中科技大學，並先後工作於美國Penn State University，加拿大University of Guelph和香港大學。2006年起，郝建華教授開始執教於香港理工大學。目前，郝建華教授已發表約215篇SCI學術論文。研究興趣包括金屬離子摻雜發光材料與器件、功能薄膜二維材料、 納米能源。研究組網頁。

本文由材料人編輯部電子電工學術組楊超供稿，材料牛編輯整理。

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