中科院化学所赵永生研究员团队《ACS AMI》：基于浸润-溶解-化学动力学的丝网叠印法快速制备全色钙钛矿激光阵列

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激光显示由于高色纯度、宽色域范围和高色饱和度等特点被誉为人类视觉史上的革命。目前已有商业化的投影式激光显示，然而这种方式只适用于激光影院等大屏幕显示。便携式设备的激光显示需要开发主动发光的小型化激光器阵列作为显示面板。钙钛矿因其优异的光学增益、宽谱带可调的发光、优异的载流子传输特性、以及实现电驱动激光的巨大潜力，非常适合用于平板激光显示的增益材料。全色钙钛矿激光阵列的开发对于推动激光显示在便携式设备上的应用十分重要。近年来，研究者们也开发出许多制备钙钛矿阵列的方法。然而，由于多次加工过程中的溶解破坏和离子交换等问题，仍旧缺乏一种可以快速集成制备全色钙钛矿激光阵列的方法。

近日，中国科学院化学研究所赵永生研究员团队在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了题为“Screen-Overprinted Perovskite RGB Microdisk Arrays Based on Wet-Solute-Chemical Dynamics for Full-Color Laser Displays”的文章（Doi: 10.1021/acsami.1c21248），报道了大面积全色钙钛矿激光阵列的快速构筑。该课题组设计开发出一种浸润性诱导的丝网叠印技术，通过表面能辅助的旋涂方法，钙钛矿前驱体溶液倾向于在丝网模板孔洞内铺展，成核生长形成致密的薄膜，在丝网叠印的过程中引入界面保护层可以有效地保护已印刷的钙钛矿微盘阵列在叠印的过程中不被破坏，保持良好的光学性能。以含有不同卤素钙钛矿前驱体的墨水通过多次叠印，可以灵活地获得全色钙钛矿微盘阵列。阵列中的每个微盘都能在光泵浦下实现激光出射，表明这些微盘能够作为激光显示面板的像素点。这些像素点具有良好的色彩表现力，通过激发像素点的不同位置，能够实现RGB的单色激光和混色多色激光。在此基础上，该课题组实现了基于振镜扫描的多色动态激光显示，以及大面积的彩色图案激光显示，从设计理念和面板构筑方面为发展下一代显示技术提供新的思路。

图1. 全色钙钛矿阵列面板的设计与制备。（a）全色钙钛矿微盘阵列的制备过程示意图。（b-d）第一次丝网印刷CsPbBr₃微盘阵列的明场照片和荧光照片。（e-g）第二次叠印CsPbBr_1.5I_1.5微盘阵列的明场照片和荧光照片。（h-j）第三次叠印CsPbCl_1.5Br_1.5微盘阵列的明场照片和荧光照片。

图2. 丝网叠印过程中的浸润-溶解-化学动力学。（a）决定钙钛矿成核速率的浸润-退浸润的过程图示和PMMA层在叠印过程中的保护作用图示。（b-c）DMSO在疏液的PMMA表面上的接触角和在亲液的ITO基底上的接触角。（d）绿光的钙钛矿阵列在不同丝网叠印阶段的荧光光谱。（e）构筑多色“UCAS”钙钛矿像素阵列在不同丝网叠印阶段的荧光照片。

图3. 制备的钙钛矿微盘阵列的RGB激光。（a）3 × 3的钙钛矿RGB像素阵列的荧光照片。（b）不同泵浦能量密度下的G5微盘的光谱。（c）泵浦能量密度和PL强度的非线性图线和微盘的激光出射照片。（d-f）图（a）中的所有微盘在23.3 μJcm^-2的泵浦能量密度下的激光光谱。

图4. 全色激光显示。（a）泵浦RGB像素的不同位置时的激光光谱和对应的激光出射照片。（b）图（a）中激光光谱在CIE1931色度图对应的色度。（c）花朵图案的彩色激光显示的远场照片。（d）基于振镜扫描的动态激光显示的图示。（e）3 × 5的钙钛矿RGB阵列的明场照片和动态激光显示多色字母图像的荧光照片。

作者简介

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赵永生，中国科学院化学研究所研究员、博士生导师。国家杰出青年基金获得者，国家万人计划领军人才，先后获国家自然科学二等奖（第二完成人）、何梁何利基金科学与技术创新奖、北京市杰出青年中关村奖、中国青年科技奖、中国科学院杰出科技成就奖（集体奖突出贡献者）、Asian and Oceanian Photochemistry Association Prize for Young Scientist、ChemComm Emerging Investigator Lectureship等。长期从事有机纳米光子学领域的研究，在CCS Chemistry、SCIENCE CHINA Chemistry、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表论文200余篇，引用9400余次。申请/授权中国专利30余项，主编专著1部，撰写合著3章。

闫永丽，中国科学院化学研究所研究员、博士生导师。先后获国家优秀青年科学基金、北京市自然科学基金杰出青年科学基金资助。围绕有机材料的光子学特异性，在激发态物理化学、光子行为调控及柔性集成器件等基础和应用研究方面取得系列创新成果。在Nat. Commun.、Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊上发表论文90余篇。

原文链接

https://doi.org/10.1021/acsami.1c21248

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