想讓顯示屏幕既亮又省電，鈣鈦礦發光材料被寄予厚望，但它有個“成長的煩惱”：晶體想長得好，就容易長得大，可高效發光偏偏需要足夠小的晶粒。記者日前從北京大學獲悉，周歡萍教授課題組與嚴純華院士、孫聆東教授課題組合作，提出一種“原位納米晶限域”新策略，巧妙地給晶體生長套上了一副“分子模具”。團隊首次在基底原位生長過程中讓高結晶質量與納米小尺寸兼得，據此制備的藍光鈣鈦礦發光二極管外量子效率達21.8%，器件運行穩定性提升6倍以上。

周歡萍介紹，鈣鈦礦在紅光和綠光方向進展迅速，唯獨發出純正藍光成了最難啃的骨頭。高效發光難的根源在於一個相互打架的需求：一方面，高結晶質量能減少材料內部缺陷、抑制能量損耗，是效率和穩定性的根基﹔另一方面，納米尺度的小晶粒才能把電荷牢牢“關住”，迫使它們高效發光。傳統方法中，讓晶體長得好，晶粒就止不住地變大﹔強行縮小晶粒，又會引入不少缺陷。這仿佛一道“魚和熊掌”的物理死結，長期拖住了藍光器件前進的腳步。

研究團隊的破局思路頗具創新性。他們在鈣鈦礦結晶過程中加入一種可聚合配體——這種分子一邊幫助材料溶解成膜，一邊在特定條件下彼此交聯，像織網一樣原位形成一張致密的聚合物網絡。“晶粒剛想長大，就被這張網輕輕‘按住’﹔與此同時，可聚合配體延長了晶格有序重排的時間窗口，讓原子們從容地排列整齊。結果令人驚喜：納米晶尺寸被均勻控制在極小范圍，缺陷密度大幅降低，材料結構也更穩定。”周歡萍說，器件工作穩定性提升了6倍以上——那張原位形成的聚合物網能有效抑制離子遷移，為器件長期穩定運行筑起了一道“防波堤”。

嚴純華說，這一工作首次系統建立了原位聚合限域策略，為解決新一代顯示材料效率與穩定性難以兼得的困局開辟了新路。“該方法普適性良好，有望進一步拓展至太陽能電池、量子點發光器件等領域，為下一代高性能顯示與光電子技術夯實底座。”

●新知解碼

什麼是“原位納米晶限域”

本報記者 晉浩天

假設你要烤一批拇指大的小蛋糕，每塊都要鬆軟蓬鬆，但烤著烤著它們就膨脹粘連成一整張大餅——想讓鈣鈦礦發光，就卡在這個難題上。

准確來說，“原位納米晶限域”是一種讓晶體在生長過程中“長得好又長不大”的精細調控技術。它的精髓是：不是等晶體長大后再強行切碎，也不是用化學技術阻止它的表面生長，而是像給盆栽套一個固定形狀的模具，讓小樹在模具裡慢慢長成蒼勁的盆景——既有成熟樹木的致密紋理（高結晶質量），又被嚴格限制在方寸之間（納米尺寸）。

如何實現？

科學家在材料結晶前，預先混入一種可聚合配體，它在晶體剛冒頭時原位形成一張分子級的“網”，網眼便是晶體生長的唯一空間。既不讓晶粒“瘋長”，又給足時間讓原子排列整齊。如今，從新一代顯示屏的藍光像素起步，這項技術首次破解了“要小”與“要好”的矛盾。