基於熒光碳納米材料的高帶寬可見光通訊器件研究取得進展

發光碳納米點是近十年發展起來的一類重要發光材料，但是其存在的聚集誘導熒光淬滅問題一直阻礙其在光電器件中發展，特別是碳納米點在可見光通訊器件方面的應用更是鮮有報道。近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所曲松楠課題組與復旦大學郭睿倩課題組合作，提出一種新的方便快捷的處理方法製備出具有高熒光量子效率的純碳納米點熒光粉，利用合適濃度的過氧化氫溶液對原本固態下熒光猝滅的碳納米點進行表面氧化處理，實現碳納米點固態下的高效發光。同時利用該碳納米點熒光粉較短熒光壽命的特點，與郭睿倩課題組合作，首次將所研製的碳納米點熒光粉應用於可見光通訊器件。該工作對於研究解決碳納米點的固態猝滅以及推動碳納米點在照明及可見光通訊器件中的應用具有重要意義。該成果發表在國際期刊Advanced Science上(Adv. Sci.2018, 1800369)，第一作者為在讀博士生周正傑，復旦大學田鵬飛為共同第一作者，通訊作者為曲松楠和郭睿倩。並申請了一項國家發明專利，已受理。

曲松楠課題組利用過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熒光猝滅的碳納米點進行氧化處理，該方法不同於被較多報道的將碳納米點摻雜進入例如PVA或無機鹽等基質的方法，處理後的碳點獲得寬頻隙的表面能級結構，抑制了碳納米點聚集態下表面態的無輻射躍遷過程，獲得固態下熒光量子效率25%的黃綠光碳納米點。以所研製的碳納米點熒光粉作為顏色轉換層，通過調節碳點熒光粉的比例，製備出不同色溫的白光LEDs。所研製的碳點熒光壽命只有幾個納秒(~ 6ns)，將其作為光轉換層，製備可見光通信領域器件，國際上首次實現了帶寬為285MHz、信號傳輸速率為435 Mbps的基於碳納米點的可見光通信。

此外，研究人員也將傳統的量子點應用於製備高效發光粉，並將其應用於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。該成果發表在國際期刊ACS Applied Materials & Interfaces上(ACS Appl. Mater. Interfaces2018, 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。

以上工作得到長光-復旦合作基金項目、吉林省中青年科技創新領軍人才及團隊項目、吉林省科技廳自然科學基金等的支持。

(a，b)基於ox-CDs熒光粉製備的白光器件，(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)發光光譜以及(c)色坐標。(d)基於半導體量子點光通訊器件帶寬測試曲線。

基於熒光碳納米材料的高帶寬可見光通訊器件研究取得進展

來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所

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