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劍橋大學(xué)利用“分子天線”讓絕緣納米顆粒電致發(fā)光
2025年11月22日 10:49:21
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：4044
團隊利用有機分子作為天線，捕獲電致生成的三重態(tài)激子，并將其遷移至納米顆粒表面，最終激發(fā)鑭系離子發(fā)出近紅外光
近日，英國劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室的研究團隊成功開發(fā)出一種利用“分子天線”為絕緣納米顆粒供電的新技術(shù)，首次實現(xiàn)了這類材料的電致發(fā)光，并據(jù)此研制出超純近紅外發(fā)光二極管。該進(jìn)展不僅突破了材料發(fā)光的傳統(tǒng)限制，更有望為醫(yī)學(xué)診斷、光通信和傳感技術(shù)等領(lǐng)域注入變革動力。
長期以來，絕緣納米顆粒因其不導(dǎo)電的特性，被認(rèn)為難以通過直接電驅(qū)動實現(xiàn)發(fā)光，這限制了它們在光電設(shè)備中的應(yīng)用。劍橋團隊通過創(chuàng)新的“分子天線”設(shè)計，巧妙地繞過了這一障礙。分子天線作為一種中介，能夠接收電能并將其高效傳遞給摻雜鑭系元素的絕緣納米顆粒，通過三重態(tài)能量轉(zhuǎn)移過程，激活顆粒內(nèi)部的發(fā)光中心。這種機制類似于在絕緣體中架起一座“能量橋梁”，使原本沉默的材料在電場下煥發(fā)光彩。
研究的關(guān)鍵在于對能量傳遞路徑的精確控制。團隊利用有機分子作為天線，捕獲電致生成的三重態(tài)激子，并將其遷移至納米顆粒表面，最終激發(fā)鑭系離子發(fā)出近紅外光。這種方法的效率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法，首次在純電驅(qū)動下實現(xiàn)了絕緣納米顆粒的高亮度、穩(wěn)定發(fā)光。所制成的近紅外發(fā)光二極管展現(xiàn)出超純光譜特性，即發(fā)光波段狹窄且背景噪聲極低，這為高精度應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
這項技術(shù)的實際應(yīng)用潛力廣泛。在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，超純近紅外光能夠穿透生物組織而不造成損傷，特別適用于深層組織成像和體內(nèi)傳感。例如，在癌癥檢測中，這種發(fā)光二極管可作為高對比度探針，提高早期腫瘤的識別精度；同時，其低毒性特性有望推動靶向治療和實時監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。
在光通信方面，近紅外光是光纖傳輸?shù)暮诵牟ǘ?，新開發(fā)的超純光源能顯著提升信號質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。與傳統(tǒng)發(fā)光二極管相比，這種納米顆粒器件具有更窄的發(fā)射帶寬，減少了信道干擾，為高速、低功耗通信網(wǎng)絡(luò)提供了新選項。此外，在環(huán)境傳感和安全監(jiān)測中，此類材料可用于設(shè)計高靈敏度探測器，實時檢測氣體、污染物或生物分子，推動物聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)的發(fā)展。
研究團隊強調(diào)，這項技術(shù)的優(yōu)勢在于其兼容性和可擴展性。納米顆?？赏ㄟ^化學(xué)合成靈活調(diào)整發(fā)光波長，而分子天線策略為其他絕緣材料的電致發(fā)光提供了通用藍(lán)圖。正如論文通訊作者所說：“這不僅是光學(xué)材料的一次躍進(jìn)，更為整個光電產(chǎn)業(yè)開辟了新路徑。”
相關(guān)成果Triplets electrically turn on insulating lanthanide-doped nanoparticles于近日發(fā)表在《自然》雜志。
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