硼硅酸盐玻璃包覆钙钛矿CsPbBr₃量子点(PQDs@glass)能够大幅提高PQDs的稳定性, 使其在LED照明和显示技术中拥有广泛的应用空间。然而, 玻璃包覆的同时也导致了PQDs发光强度与量子产率降低。本工作为提高其发光强度探讨了热诱导温度及Pb²⁺的含量对PQDs@glass结构的影响，当热诱导温度为460 ℃，Pb²⁺浓度为6 mol时，其发光强度最高。研究发现，Pb²⁺浓度的增加会导致玻璃网状结构的致密化，改变玻璃组分的扩散行为，影响PQDs的析晶过程，导致PQDs@glass发光强度的变化。本工作得到量子产率高达95.6%的PQDs@glass，并实现了硼硅酸盐玻璃基质内PQDs的尺寸可控制备。结果表明, PQDs尺寸分布在10 nm左右, 超过86%的颗粒尺寸在6~14 nm内, 且具有优越的稳定性, 经历10次室温至200 ℃热循环后, 发光强度仍能保持初始强度的98.9%。最后, 为了验证其在LED照明及显示领域的应用, 将制备的量子点微晶玻璃粉料与二甲基硅氧烷(PDMS)混合, 得到的LED器件性能优异, 色域范围覆盖110% sRGB。本研究为PQDs@glass的大规模制备及其在LED器件领域的应用奠定了基础。

吸波材料通过吸收电磁波能量, 减少或消除电磁波的反射, 从而有效降低电磁波的干扰。材料的电磁参数决定其电磁波吸收性能, 调整填充比例、改变宏观形态以及复合方式等传统的调控策略存在一定局限性, 无法根本改变电磁参数, 阻碍了吸波材料的进一步发展。微纳结构设计策略可以改变材料的电导率、电荷密度以及磁性等理化性质, 进而根本性改变材料的电磁参数, 在调控电磁波吸收能力上展现出巨大优势。由于精确设计微纳结构材料难度较大且批量生产较为困难, 其发展受到限制。此外, 确定微纳结构与电磁波响应和损失机制之间的结构-性质理论关系仍然是一个重大的挑战。基于此, 本文分析了微纳结构与电磁性能的构效关系, 阐明了微纳结构设计策略在调控电磁波吸收能力方面的绝对优势, 并且梳理了元素掺杂设计、表面效应调控以及成核生长控制等微纳结构改变对电磁响应机制和损耗机制的影响, 为研究者们提供了基于微纳结构调控电磁性能的策略和理论指导。最后, 以量子点、纳米晶以及纳米线等典型微纳米材料作为范例, 综述了其调控电磁参数的策略、优势以及在电磁波吸波领域的研究现状与应用前景, 为微纳米材料在电磁波吸波领域的发展提供了理论基础和策略支撑。

钙钛矿发光二极管(PeLEDs)具有优异的光电特性, 在显示应用中表现出巨大的发展潜力。红、绿和蓝单色PeLEDs的研究已经取得了突破性的进展, 但是三色钙钛矿共同电致发光的研究始终迟滞不前。本研究在不同钙钛矿之间引入具有空穴/电子产生和传输能力的中间连接层(ICL), 实现了蓝绿双色和红绿蓝三色发光中心共同电致发光。一方面, ICL可以抑制不同钙钛矿之间的离子交换和能量转移; 另一方面, ICL具有电荷产生和输运功能, 能够确保不同发光中心获得足够的载流子实现独立发光。进一步改变空穴传输层(NPB)的厚度可以调控蓝绿双色发光中心之间的能量均衡分布, 当NPB厚度为40 nm时，器件表现出最大外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)为0.33%。红绿蓝钙钛矿共同电致发光器件的最大EQE达到0.5%。本工作首次报道了红绿蓝三色钙钛矿共同电致发光, 并为钙钛矿多色发光中心共同电致发光提供了具有参考性的策略, 推动了钙钛矿在显示应用中的发展进程。

制备硒化银(Ag₂Se)薄膜材料对于组装微型器件至关重要, 目前大部分制备方法难以精确控制薄膜尺寸并进行图案化设计, 喷墨打印技术成为解决这一问题的有效方法, 实现其与Ag₂Se材料的组合具有重要意义。本工作通过溶剂热法制备了Ag₂Se纳米颗粒, 再与不同分散剂混合以筛选出适用于喷墨打印的稳定墨水, 进一步调节喷射参数以优化打印过程中墨滴的形态, 提高打印质量。将墨水打印至聚酰亚胺衬底上, 经热处理后制备得到Ag₂Se薄膜。使用不同手段对其物相与微结构进行表征, 并测试不同打印层数薄膜的电学性能。结果表明: 随着墨水固含量与打印层数增加, Ag₂Se薄膜的结晶度和致密度得到明显提升, 电导率也得到相应提高, 这主要源于薄膜内部Ag₂Se纳米颗粒沉积量与堆积密集程度增加。当使用固含量为5 mg·mL^-1的墨水进行打印, 打印层数为40层时, Ag₂Se薄膜的电导率达到399 S·cm^-1, 表现出较高的导电性能。本研究为制备Ag₂Se基薄膜材料与器件提供了新的方向。

黑磷(Black phosphorus, BP)以其优异而独特的物理化学性质在能源储存与转换、微纳器件、光/电催化和生物医药等领域展现出良好的应用前景。高质量正交BP前体制备是实现二维BP和零维BP量子点应用的关键。本工作采用无温度梯度的化学气相运输(CVT)法研究了矿化剂组分和比例对BP生长的影响。结果表明, 只有锡(或铅)和碘共存且比例合适时才能制备得到正交BP; 生长BP所需的锡碘质量比w(Sn/I₂)范围较宽, 当w(Sn/I₂)=0.47时制得的BP尺寸为1.2 cm, 且产率高、晶体质量较优。结合BP的成核生长机理可知, 锡和碘都对BP的成核生长具有重要作用; 碘的矿化效果较锡明显, 而足量的锡有利于无温度梯度条件下大尺寸块体BP晶体的合成。w(Sn/I₂)=0.47为本工作中制备BP的最佳砂化剂配比。

金属硫化物Ag₂S具有优异的物理化学性能, 在催化、传感及光电子等领域具有广阔的应用空间。本工作利用一种区熔技术制备了尺寸为ϕ18 mm×50 mm的Ag₂S并对其潜在热电性能进行了研究。Ag₂S在450 K以下具有标准的α-Ag₂S单斜P2₁/c结构, 450 K以上发生相变成为立方β-Ag₂S相。Ag₂S在300~650 K范围始终具有负的Seebeck系数而呈现n型半导体特征, 这主要是因为材料中存在Ag间隙离子而提供了多余电子。Ag₂S的Seebeck系数在室温下约为-1200 µV·K^-1, 440 K时降为-680 µV·K ^-1, 当转变为β-Ag₂S后则大幅降至~-100 µV·K^-1。α-Ag₂S的电导率几乎为零, 然而在刚发生β-Ag₂S相变(450 K)时, 电导率突然增加至~40000.5 S·m^-1, 而后随着温度持续升高, 其值在650 K降低为33256.2 S·m^-1。霍尔测试表明Ag₂S的载流子浓度n_H在相变时可从~10¹⁷ cm^-3迅速增加到~10¹⁸ cm^-3量级。α-Ag₂S和β-Ag₂S的总热导率κ几乎是常数, 分别为~0.20和~0.45 W·m^-1·K^-1。最终Ag₂S在580 K获得最大ZT值0.57, 说明它是一种很有发展潜力的中温热电材料。