科学家开发出一种新的偏振异质结构发光材料！2D材料和0D量子点的“结合”，为未来新型显示器带来可能

CINNO Research产业资讯，偏振光的产生、调制和检测在众多不同领域发挥着关键作用，这其中包括光通信、激光处理、动态显示和生物医学成像等。市场上，集成一系列光学控制技术的多功能设备原型的进步，在满足偏振光学应用的未来需求方面具有巨大潜力，这其中需要特别关注的是低功耗、多功能集成和成本效益高的光学组件。

图片来源：Xu HongWei等

图1. a、纳米片（Nanosheet）材料的合成过程示意图；b、碳量子点合成工艺示意图；c、 纳米片和碳量子点材料的复合结构示意图；d、纳米片和碳量子点复合材料的胶体性质（使用λ=635nm的激光照射）；e、纳米片和碳量子点复合材料的发光性能（使用λ=365nm的紫外线灯照射）；f、纳米片和碳量子点复合材料透过正交偏振器观察到的双折射现象。

偏振发光材料具有光发射和光学调制的双重属性，它具有许多独特的优势，包括偏振发光和自适应光学调制等。然而，传统有机偏振发光材料的应用一直都有很多挑战，例如对外部场不敏感、发光效率低或紫外线光学稳定性不足等。最近，有研究人员创新地开发出一种新的偏振发光材料，据介绍该材料对外部场的灵敏度有很大的提高，其次它在深紫外波长范围内的稳定性和发光效率也得到了提高，这对多功能光学控制设备的制造具有重要意义。

由于固有的一维或多维纳米尺度，很多低维无机材料与大块材料相比能够表现出非常不同的物理性质，这其中值得关注的是，这一类材料具有明显的量子限制效应和显著的光学各向异性。具体而言，由不同尺寸的材料制成的复合异质结构材料，能够获得优异的电学、磁学、催化和光化学性能，它们在相关应用中表现出非凡的性能。不过，偏振发光材料领域一直没有看到这样的突破，这主要归因于与复合异质结构的制造技术还很不成熟，另外，不同尺寸的材料之间也比较缺乏互补的性质特征。

在最近《光：科学与应用》期刊上发表的一篇新论文中，由中国广东省中国科学院深圳高级技术研究院的丁宝福领导的一个科学家团队将一种具有超高刺激敏感度的宽带隙2D材料与0D的碳量子点（CD）集成。经过验证，这种合成材料能够发出高光效和偏振度的蓝色荧光。

据介绍，通过这种方案，研究人员合成出首个以0D/2D构型为特征的全无机纳米异质结构有机发光材料。此外，基于这种0D/2D纳米异质结构发光材料的多功能设备能够无缝融合光发射、调制和光检测的功能。

资料来源：Xu HongWei等

图2. a、集成器件中0D/2D构型复合材料的光学性能示意图；b、紫外波长范围内检测性能的比较分析；c、电场调制（E=6V/mm）下，不同偏振角下发光强度的比较。

构建0D/2D异质结构偏振发光材料的关键，不仅在于用不同尺寸的材料有效地锚定组件，还在于确保它们的光学特性能够无缝协调。为了避免2D材料对0D发光材料激发和发射光之间的潜在吸收猝灭，研究团队采用了具有宽带隙和高场灵敏度的钴掺杂二氧化钛（CTO）作为基础色散元件。

通过化学吸附诱导Ti-O-C键的形成，该团队成功合成了CDs/CTO异质结的胶体溶液。这种胶体溶液刚好保留了CTO的光学各向异性特性和CDs的有效蓝色发光特性，这也就意味着研究人员成功构建了一款全无机CDs/CTO异质结构的偏振发光材料。

基于上述所开发的异质结构发光材料，研究人员利用光学器件异质结的二向色吸收特性成功实现了360 nm至385 nm范围内的紫外光的检测。这其中，CDs的偏振光发射是通过CTO诱导的定向排列实现的，这标志着研究人员基于上述方案成功开发出一种无缝集成调制、发射和检测的多功能光学控制原型装置。

该研究成果不仅为偏振发光材料家族引入了一个新成员，还为开发各种异质结构发光材料提供了新的视角和创新的方法。这些特性的融合为光学调制和检测，以及对偏振发光的调制提供了一种有形的原型器件。这一发现将有可能应用于光催化、生物医学应用、显示和光通信等多个不同领域。