作者:黄维等 来源:《自然—纳米技术》 发布时间:2015/1/21 14:26:44
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发光纳米粒子助三维立体显示

 

近日,南京工业大学、南京邮电大学和新加坡国立大学的一组研究人员在国际顶级学术期刊——《自然—纳米技术》(Nature Nanotechnology)最新一期上发表论文,介绍他们开创性地设计并制备出的一种全色显示纳米材料,有别于传统材料的发光行为,可在不同红外激光脉冲的激发下,发出颜色连续可调的全色域可见光,表现出发光颜色的刺激响应性。专家认为,这种新型纳米材料在红外光激发下罕见的能量上转换“全色”发光现象,及其超凡的纳米级像素空间极限分辨率,拉开了三维真实立体显示的序幕。

该研究负责人、中国科学院院士、有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地主任、南京工业大学校长黄维教授介绍说,传统的发光材料受限于固定波段、单一颜色发光,运用最广的二维彩色显示系统需要通过调控红、绿、蓝三种发光材料的颜色通道以及它们相互之间的叠加来得到彩色显示效果,这对加工工艺以及器件稳定性都有很高的要求,也限制了显示器分辨率的进一步提高。他们合作开发的透明无机纳米材料可以“全色”发光,不需要独立的红、绿、蓝三基色,每个纳米颗粒就是一个像素点,直接把分辨率提高到纳米级。更为重要的是,将这些在可见光条件下透明的纳米颗粒均匀分散在三维空间中,通过肉眼不可见激光的激发和调制,纳米颗粒可以发出多种不同颜色的可见光,从而实现真正意义上的真实立体彩色显示,并在空间三个维度都达到纳米级的极限分辨率,突破了传统显示方法,为立体显示技术提供了一条革命性的思路和途径,有着广阔的应用前景。

该项研究的另一位负责人、新加坡国立大学化学系副主任、新加坡材料研究院高级研究员刘小钢教授指出,这种“全色”发光的透明纳米材料是将多种稀土离子以核壳结构的形式巧妙设计以精确调控它们之间的相互作用,采用两种离子分别吸收980nm和808nm的近红外光,并将能量传递给其它稀土离子,处于内层的离子获得能量后发射蓝光,外层的离子发射红光或绿光;为促进红光发射,采用了敏化技术;为阻止发光离子之间激发能量的交叉弛豫,在蓝光和红/绿光发射层之间嵌入夹层;此外,还要在最外层包裹一层保护层,借以降低表面猝灭提高发光效率;整个核壳结构的平均尺寸仅为30-40nm。他们通过理论模拟表明,这类材料表现出的特殊光学性质受非平衡态下的光子转移、能量传递和上转换过程等控制,是一类新型发光材料。

应用方面,研究人员将肉眼不可见的980nm脉冲激光和808nm的连续激光通过分色镜进行调制并导入三维激光扫描仪,由扫描软件控制激光束的聚焦,在含该类纳米材料的透明基板中实时画出彩色的三维图形,可用裸眼直接观察。参与项目研究的新加坡国立大学电子与计算工程系洪明辉教授表示,该新型发光颜色刺激响应的能量上转换纳米材料,在生物检测和防伪,特别是货币和文件防伪等方面,同样具有良好的应用前景,将对人们的日常工作和生活产生深远的影响。

据悉,此项创新性研究工作是在江苏—新加坡有机电子与信息显示联合实验室框架下,由南京工业大学、南京邮电大学和新加坡国立大学等三所高校的科研人员经过多年努力、通力合作完成。参与此项研究工作的还有新加坡国立大学化学系邓人仁博士、电子与计算工程学系秦飞博士和南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院的陈润锋博士。(来源:南京工业大学 张金凤)

 
 
 
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