【新技术】二维材料结合制作“量子LED”丨发光材料制成新型交流LED丨织物OLED显示技术

二维材料结合制作“量子LED”

实现利用纠缠态的量子状态完成复杂计算在内的量子计算的科学和工程上的挑战之一就是创造一个可以电控产生单光子在量子网络中承载数据的器件。产生这些单光子的方法之一是利用精确设置的光学元件构成复合多激光装置。近来，层状材料制成的量子发射器展现出了发展潜力。但即便是这些层状材料也需要某种光源去触发单光子的发射。

图片来源：MeteAtatüre

剑桥大学的研究者在《自然·通信》（Nature Communications）发文称，作为有光学活性的半导体，二硒化钨和二硫化钨可以用于制作量子光发生器。

过渡金属硫族化合物薄层提供了一个电子填充空穴的二维紧密受限区域。当电子移动到处于较低能级的空穴中时，能级差会产生一个光子。在英国研究者制作的量子LED中，电压推动电子通过器件并填充空穴，产生单光子。研究者们相信，这个完全电控的超薄平台将使量子通信中的片上单光子发射更接近现实。

“最终，我们需要一个可以通过电脉冲控制的完全集成器件，而不必用外部光源将激光汇聚在电路的不同部分。”论文的主要作者之一，来自剑桥大学卡文迪许实验室（Cambridge’s Cavendish Laboratory）的教授Mete Atatüre在新闻发布会上说道。“对于单光子量子通信和不同节点之间的量子网络来说，我们希望仅仅通过驱动电流得到光。有很多发射器是光驱动的，但只有少数是电驱动的。”

这项研究表明二硒化钨可以作为电控量子发射器。然而研究者也表明二硫化钨是一种全新的可以全电控产生可见光波段单光子的量子发射器。

Atatüre补充道：“我们选择二硫化钨是因为我们想看看是不是不同材料能发射不同光谱范围的单光子。因此，我们发现量子发射并不是二硒化钨的独特性质，这暗示着许多其他层状材料也可能有这种量子点特性。”（来源：《自然·通信》）

LED照明是继白炽灯、荧光灯后照明光源的又一次革命，被世界公认为是最具发展前景的高效照明产业。

由中国科学院长春应用化学研究所(以下简称长春应化所)与四川新力光源股份有限公司合作完成的“余辉寿命可控稀土LED发光材料的研发及其在半导体照明中的应用”成果，日前荣获吉林省技术发明奖一等奖。

“现有的LED照明光源使用直流电作为驱动，在工作时必须经交、直流电源转换，能耗大、散热差、成本高。”中国科学院长春应用化学研究所研究员李成宇告诉《中国科学报》记者：“开发可直接使用交流电驱动的新型LED照明产品是造福百姓，推进LED照明产业发展的重大需求。”

针对LED直接被交流电驱动时发光频闪这一世界难题，长春应化所与四川新力光源有限公司于2008年合作开展新型交流LED照明技术的研发。

经过6年多的不懈探索和开拓，团队研发出一种以发光材料为核心的全新交流LED技术。据李成宇介绍，该技术已达到国际领先水平，使我国成为世界唯一能够利用发光材料生产低频闪交流LED产品的国家，有力推动了我国交流LED，特别是稀土交流LED发光材料的科研及产业发展水平。

目前，项目成果已成功在四川新力光源股份有限公司和中科光电(长春)股份有限公司实现转化，形成泡灯、筒灯、管灯、射灯的四大类产品，并成功应用于家庭、地铁、商场、医院等领域。

李成宇介绍，该技术产品电路简单、成本低、散热好、能效高、使用寿命长，可提高寿命1倍以上，能耗和成本分别降低15%和20%以上。目前，产品已通过我国的相关认证，以及美国保险商实验室、欧洲统一等认证，并销往美国、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多个国家，取得显著的经济效益。

据悉，该项目成果曾入选“2013年中国稀土十大科技新闻”，荣获2012年英国工程技术学会(IET)“能源创新”和“建筑环境”两项提名奖，2013年度“金袋鼠”世界创新奖，已获得4项中国发明专利授权，3项PCT(专利合作协定)国际专利申请已经进入多个国家实审阶段。

随着可穿戴技术的发展，越来越多能同步手机信息通知的可穿戴设备问世，不过形式还是没有跳脱一定的局限，不够灵活。韩国可隆集团KOLON Glotech株式会社联合韩科院研发了一种能够在织物上集成OLED（有机发光二极管）的显示技术，该技术应用后我们就能够直接在衣物上看到各种信息显示，真正的可穿戴技术。

研发团队在Chi Kyung-chul教授的带领下，成功地在纺织基材上实现OLED（有机发光二极管）显示的集成，现阶段研发团队必须要着手生产一种符合要求的布料。使用这种技术的织物可以制成智能肩章、智能腰带、智能套袖等全新的智能可穿戴设备问世。

研究团队通过平坦化工艺解决了这个问题。他们制作出像玻璃板一样的平面型纺织物，同时不会失去纺织物该有的柔韧性。这种平面型纺织物比相同厚度的塑料基材更柔韧。在这一基础上，该团队成功通过真空热沉积工艺在纺织物上形成OLED。 他们使用了“多层薄膜封装技术”（Multi-layer thin film encapsulation technology）来防止水分和氧气渗透到OLED中。研究发现，以这种方式开发的纺织物OLED具有超过1000小时的寿命和大于3500小时的空闲寿命。

研究结果在11月16日的《高级电子材料》（纳米电子技术部门的国际学术期刊）上作为封面出版。

而为了完成全新智能可穿戴设备的研发，科研团队仍需进一步寻找更好的布料，这些布料必须具备光滑、细致的表面，具备良好的透气和散热性能。并且尽管布料会内置显示屏幕，但绝对不能影响其柔软、舒适的特性。