4月15日，上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院新型顯示技術(shù)及應(yīng)用集成教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊緒勇教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合吉林大學(xué)吳雨辰教授團(tuán)隊(duì)與韓國(guó)首爾大學(xué)Tae-Woo Lee教授團(tuán)隊(duì)以“Pixelated quantum-dot superlattice LEDs（像素化量子點(diǎn)超晶格發(fā)光二極管）”為題，在《自然》(Nature)國(guó)際頂級(jí)期刊上發(fā)表了關(guān)于量子點(diǎn)超晶格及其顯示應(yīng)用方面取得的突破性研究進(jìn)展。

面向新型顯示國(guó)家重大需求，楊緒勇教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于雜化光電半導(dǎo)體與集成制造前沿領(lǐng)域研究，利用多學(xué)科交叉研究方法，在新材料合成、光物理分析、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與顯示集成等方面取得了系列創(chuàng)新成果。該項(xiàng)成果也是楊緒勇教授團(tuán)隊(duì)繼2023、2024、2025年在Nature上作為通訊作者發(fā)表雜化半導(dǎo)體LED領(lǐng)域研究論文以來（Nature 2023，622， 493-498；Nature 2024，631，73-79；Nature 2025，639，633-638），取得的又一重大研究進(jìn)展。這也標(biāo)志著上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院在推進(jìn)機(jī)械工程國(guó)家一流學(xué)科建設(shè)，提升基礎(chǔ)研究原創(chuàng)能力方面再獲新突破。

此次研究成果是由上海大學(xué)、吉林大學(xué)和首爾大學(xué)等單位聯(lián)合攻關(guān)、合作完成。其中，上海大學(xué)為第一完成單位，上海大學(xué)楊緒勇教授、吉林大學(xué)吳雨辰教授與首爾大學(xué)Tae-Woo Lee教授為論文通訊作者；上海大學(xué)張成喜博士后（現(xiàn)為江蘇科技大學(xué)副教授）、首爾大學(xué)曾慶森研究教授、中科大蘇州高等研究院李輝博士后為論文的共同第一作者。研究成果得到了國(guó)家自然基金委青年科學(xué)基金A類項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃、上海市科委等資助。

膠體量子點(diǎn)具有發(fā)光顏色純度高、光譜易調(diào)節(jié)、可溶液加工等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為高清顯示領(lǐng)域的明星材料。當(dāng)量子點(diǎn)組裝成超晶格等有序致密薄膜結(jié)構(gòu)時(shí)，可產(chǎn)生集體光電效應(yīng)并有效抑制發(fā)光器件(QLED)的漏電等問題，從而顯著提升性能，能夠滿足近眼顯示、AR/VR等前沿顯示技術(shù)對(duì)高亮度、高分辨和長(zhǎng)壽命的需求。傳統(tǒng)方法制備的量子點(diǎn)薄膜一般呈無序堆積，導(dǎo)致能量無序和器件工作中的電荷積累；同時(shí)，圖案像素化過程易破壞其有序結(jié)構(gòu)，從而形成“結(jié)構(gòu)有序與可圖案化難以兼得”的關(guān)鍵瓶頸。因此，如何在QLED制造中實(shí)現(xiàn)超晶格薄膜的陣列化并保持其結(jié)構(gòu)有序性，是長(zhǎng)期困擾領(lǐng)域內(nèi)研究者的重要挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，楊緒勇教授團(tuán)隊(duì)與合作者創(chuàng)新性地提出了“超晶格大面積組裝-量子點(diǎn)器件像素化-顯示系統(tǒng)集成”全鏈條解決策略，實(shí)現(xiàn)了像素化的超晶格量子點(diǎn)高分辨顯示。通過開發(fā)有機(jī)配體-氟表面重構(gòu)技術(shù)，制備出高效發(fā)光且形貌規(guī)整的菱形十二面體量子點(diǎn)；并利用液橋限域組裝方法實(shí)現(xiàn)了面內(nèi)長(zhǎng)程有序、空間圖案精確的量子點(diǎn)超晶格薄膜陣列。該超晶格薄膜展現(xiàn)出了更低的能量無序度、更強(qiáng)的電子耦合能力以及超熒光等特性，實(shí)現(xiàn)了從無序跳躍輸運(yùn)向帶狀輸運(yùn)的轉(zhuǎn)變，從而顯著提升載流子注入與輻射復(fù)合效率，并有效抑制了高電流密度下的非輻射損耗與局部電荷積累，使器件在高亮度工作條件下仍能保持高效率與穩(wěn)定性，突破了傳統(tǒng)QLED中“亮度、效率與分辨率難以兼顧”的難題。基于該像素化超晶格構(gòu)筑的QLED器件兼具高的發(fā)光效率(外量子效率>30%)、亮度(>10萬cd m-2)與像素密度(>5000 PPI)。進(jìn)一步，通過與薄膜晶體管(TFT)背板的一體化集成，成功制作出了高灰階有源矩陣動(dòng)態(tài)顯示器。該研究實(shí)現(xiàn)了像素化量子點(diǎn)超晶格的精準(zhǔn)自組裝及可控的光電性質(zhì)，為構(gòu)建高性能、高分辨的全彩顯示器提供了新材料體系與創(chuàng)新技術(shù)路徑，展現(xiàn)出量子點(diǎn)超晶格在光電器件中應(yīng)用的巨大潛力。

上海大學(xué)始終堅(jiān)持“四個(gè)面向”戰(zhàn)略導(dǎo)向，緊扣上海“五個(gè)中心”建設(shè)總體布局，主動(dòng)對(duì)接“2+3+6+6”現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系，聚焦科技創(chuàng)新能力提升，持續(xù)推進(jìn)有組織科研，促進(jìn)人才培養(yǎng)與科研研究、社會(huì)服務(wù)一體發(fā)展。“十四五”以來，學(xué)校在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature、Cell和Science發(fā)表12篇論文，不斷深化基礎(chǔ)研究，持續(xù)增強(qiáng)創(chuàng)新策源能力，為上海國(guó)際科創(chuàng)中心建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

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來源：機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 科研管理部

責(zé)編：魏仲奇