难题破解量子点LED技术迎来商业化曙光

发光二极管技术已经深度融入现代生活，从手机屏幕到大型显示器随处可见，但追求更纯净色彩、更高能效和更长寿命的脚步从未停止。近期，来自麻省理工学院、利物浦大学等机构的研究人员在量子点发光材料与成像检测领域取得了两项重要突破。

量子点是一种纳米级半导体颗粒，能够发出极其纯净的有色光。虽然市面上已有一些顶尖显示器使用了量子点技术，但如果能直接通过电激发量子点使其发光，即采用量子点发光二极管结构，显示器的能效将进一步提升，制造工艺也会变得简单。然而，这类设备尤其是蓝光量子点发光二极管的运行寿命一直达不到商用要求，这成了制约其大规模普及的瓶颈。

麻省理工学院与三星公司旗下的三星综合技术院展开了合作研究。Zhang表示，蓝光量子点发光二极管的稳定性比红光或绿光版本低50到100倍，如果直接用于电视，设备可能在几个月内就会报废。为了找到原因，研究人员利用纳米级切割技术，在麻省理工学院纳米中心的高倍显微镜下观察了设备的横截面。他们发现，在运行过程中，实现发光的核心功能层会出现形态变化，厚度减薄且变得粗糙，量子点甚至会融合在一起失去原有形状。这种退化部分归咎于设备运行过程中释放出的多余氢气和氧气。

麻省理工学院电子研究实验室的研究团队随后采用了一种工业界有时会使用的策略，即用丙烯酸酯类树脂对二极管进行封装。实验证明，这种简单的树脂层能抑制氢气和氧气的释放，从而减缓形态退化。这种封装策略让红光量子点发光二极管的寿命提升了8倍，而对蓝光版本的寿命提升更是达到了惊人的5000倍以上。Vladimir Bulović认为，这项发现解开了阻碍商用的关键谜团，未来可能带来纯色、纸薄且大面积的新型光源，彻底改变显示屏和照明行业。

在提升寿命的同时，如何挖掘材料的最高发光效率也是科研重点。利物浦大学与思克莱德大学的团队针对氮化镓材料开发了一种新型影像成像方法。氮化镓是制造发光二极管的主流晶体材料，但在生长过程中往往会产生被称为位错的微小缺陷。这些线状缺陷会扰乱晶体结构，导致电能无法高效转化为光能。

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过去识别这些位错主要依赖透射电子显微镜，但这种方法要求样本极薄，且只能观察极小的区域，耗时费力且难以反映晶体全貌。由John Wheeler等研究人员开发的新方法则利用了电子背散射衍射技术。通过结合特殊的计算方法，Kieran P. Hiller等研究人员能够在大面积范围内直接识别并分类单个位错，包括刃位错、螺位错和混合位错。