鈣鈦礦泛指一類晶體結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦相似的材料，由鈣鈦氧化物（CaTiO3）組成。

根據(jù)結(jié)構(gòu)中使用的原子/分子的不同，鈣鈦礦具備了一系列令人印象深刻的有趣性質(zhì)，包括超導(dǎo)性、鐵電性、電荷有序性、自旋傳輸?shù)鹊?。因此，鈣鈦礦為物理學(xué)家、化學(xué)家和材料科學(xué)家?guī)砹肆钊苏駣^的研究方向。

量子點(diǎn)（QDs），有時(shí)被稱為半導(dǎo)體納米晶體（NCs），是半導(dǎo)體材料的微小顆粒，直徑在2-10納米（10-50）個(gè)原子之間。量子點(diǎn)具有介于塊狀半導(dǎo)體和離散原子或分子之間的特性，它們的光電特性會(huì)隨著尺寸和形狀的變化而變化。量子點(diǎn)會(huì)表現(xiàn)出不同于大粒子的光學(xué)和電子特性。事實(shí)上，量子點(diǎn)在其光學(xué)和電子性質(zhì)上往往會(huì)顯示出量子尺寸效應(yīng)，如可調(diào)諧和高效的光致發(fā)光（PL）、具有窄發(fā)射和光化學(xué)穩(wěn)定性。這就是為什么量子點(diǎn)被用作有源元件納入各種各樣的設(shè)備和應(yīng)用中，其中一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，例如基于量子點(diǎn)的顯示器。

鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQDs）是一類基于鈣鈦礦材料的量子點(diǎn)。雖然這個(gè)概念相對(duì)來說比較新穎，但它們已經(jīng)被證明具有匹配或超過金屬硫系量子點(diǎn)的特性：它們對(duì)缺陷的容忍度更高，具有出色的光致發(fā)光量子產(chǎn)率和高顏色純度。這種特性非常適合電子和光電子應(yīng)用，因此鈣鈦礦量子點(diǎn)在實(shí)際生活中有著具有巨大的應(yīng)用潛力，其中一些已經(jīng)正式投入生產(chǎn)使用，包括LED顯示器和量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池。

鈣鈦礦量子點(diǎn)最新研究進(jìn)展

1. 對(duì)碳納米管直徑如何影響光電探測(cè)器異質(zhì)結(jié)的性能的探索[1]

來自中國(guó)河北工業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，增加SWCNTs/鈣鈦礦量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)中單壁碳納米管（SWCNTs）的直徑可以改善兩種材料之間異質(zhì)結(jié)的光電性能。

SWCNT是由單層碳原子組成的六角形晶格，卷成無縫圓柱體，具有不同的帶隙（即電子傳導(dǎo)電流所需的能量），研究小組系統(tǒng)地測(cè)試了不同直徑的SWCNT 在過氧化物QD異質(zhì)結(jié)薄膜中對(duì)性能的影響。他們的研究表明，增加SWCNTs 的直徑可以提高這類異質(zhì)結(jié)薄膜的響應(yīng)率、檢測(cè)率和響應(yīng)時(shí)間。這種效應(yīng)可能是由于光生激子（一種攜帶能量、帶中性電荷的電子，與正電子空穴結(jié)合）在薄膜中的分離和傳輸?shù)玫搅嗽鰪?qiáng)。

2. TCI的分子摻雜劑促進(jìn)了有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展[2-6]

TCI 推出了一系列分子摻雜劑，可顯著提高電荷載流子密度并改變有機(jī)電子器件的能級(jí)。分子摻雜劑提供了一個(gè)多功能平臺(tái)，可根據(jù)特定應(yīng)用需求調(diào)整有機(jī)半導(dǎo)體的光電特性，從而提高電導(dǎo)率和遷移率，改善各種電子和光電器件的接觸特性。

TCI的p型和n型摻雜劑可應(yīng)用于各種有機(jī)電子器件，如：有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、有機(jī)光伏（OPV）、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）、鈣鈦礦量子點(diǎn)LED的載流子輸運(yùn)層，以及有機(jī)電子研究領(lǐng)域中有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFET）、OPV、熱電器件的有源層。

3. 佳能開發(fā)出可用于下一代顯示器的鈣鈦礦量子點(diǎn)油墨

佳能宣布已經(jīng)開發(fā)出用于下一代顯示器的鈣鈦礦量子點(diǎn)油墨，具有更高的耐用性和應(yīng)用于高圖像質(zhì)量顯示器的潛力。

量子點(diǎn)是直徑只有幾個(gè)納米的半導(dǎo)體納米晶體，可以發(fā)出高亮度和高色純度的光。采用量子點(diǎn)技術(shù)的顯示器因其色域?qū)拸V、視覺表現(xiàn)力強(qiáng)而日益受到關(guān)注。因此，用于顯示器的量子點(diǎn)力求實(shí)現(xiàn)更高的色純度和更高的光利用效率。此外，盡管迄今為止鎘（Cd）一直是量子點(diǎn)的首選材料，但由于環(huán)境問題，人們對(duì)不含鎘的材料越來越感興趣。

4. 為鈣鈦礦量子點(diǎn)設(shè)計(jì)新型聚合物空穴傳輸材料（HTMs）[7]

韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)（POSTECH）、雅周大學(xué)、大邱慶北科學(xué)技術(shù)院（DGIST）和國(guó)民大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)出了新型聚合物空穴傳輸材料，這種材料是鈣鈦礦量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵要素，可顯著提高其效率。

該團(tuán)隊(duì)的空穴傳輸材料包括基于硫和硒化合物的聚合物。這些聚合物具有結(jié)構(gòu)特征，如分子間排列的平面化和鎖定，從而增加電荷遷移率。此外，聚合物的不對(duì)稱烷基取代基促進(jìn)了分子相互作用，從而補(bǔ)充了細(xì)胞的電學(xué)性質(zhì)。

5. 使用鈣鈦礦量子點(diǎn)制造全彩柔性微型LED[8]

韓國(guó)KIMM研究所的研究人員利用藍(lán)色LED和鈣鈦礦量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換層，制造出了全彩柔性微型LED器件。所展示的設(shè)備具有1mm像素間距的LED（25.4 PPI），可以彎曲半徑為5mm而不會(huì)損壞。

研究人員使用了鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQD）和硅氧烷復(fù)合材料，通過配體與硅烷復(fù)合材料交換PQD，然后通過添加含鹵化物的陰離子鹽進(jìn)行表面激活。由于這種表面活化，研究人員表示，使用非極性有機(jī)溶劑，用硅烷配體構(gòu)建PQD表面是可能的，這不會(huì)破壞PQD本身的性質(zhì)。結(jié)果表明，與硅烷化合物交換的PQD在硅氧烷基體中表現(xiàn)出較高的分散性和在環(huán)境中良好的穩(wěn)定性。

6. 利用鈣鈦礦量子點(diǎn)構(gòu)建紫外線輻射測(cè)量裝置[9]

來自中國(guó)科學(xué)院(CAS)、吉林大學(xué)和北京理工大學(xué)的一組研究人員使用鈣鈦礦量子點(diǎn)構(gòu)建了一個(gè)紫外線輻射測(cè)量裝置。

在戶外條件下測(cè)量紫外線的強(qiáng)度是很重要的，因?yàn)楦鼜?qiáng)的紫外線會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的曬傷，并有可能在晚年患上皮膚癌。在這項(xiàng)新研究中，研究人員建造了一種可穿戴設(shè)備，可以實(shí)時(shí)測(cè)量紫外線輻射，并將信息發(fā)送到手機(jī)上。

7. 基于鈣鈦礦的藍(lán)色量子點(diǎn)合成和分析的新方法[10]

來自東京大學(xué)和山形大學(xué)的研究人員通過開發(fā)一種獨(dú)特的自組織方法來生產(chǎn)溴化鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)，解決了制造藍(lán)色量子點(diǎn)的困難。該研究還結(jié)合了尖端成像技術(shù)來表征這些新型藍(lán)色量子點(diǎn)。

量子點(diǎn)（QDs）可用于光電設(shè)備和量子計(jì)算等領(lǐng)域，由于其封閉和獨(dú)特的電子特性，被稱為“人造原子”。量子點(diǎn)的特性介于體半導(dǎo)體與單個(gè)原子和分子之間，它們的光電特性因其大小和形狀而異。量子點(diǎn)（QDs）在較小的光譜區(qū)域內(nèi)具有較高的色彩強(qiáng)度、色彩可調(diào)諧性和顯著的穩(wěn)定性，因此被認(rèn)為是具有吸引力的發(fā)光二極管（LEDs）發(fā)光成分材料。此外，與有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）中使用的典型發(fā)光材料相比，基于QD的材料色彩更精致、壽命更長(zhǎng)、生產(chǎn)成本更低，而且能耗要求更低。

8. 一種基于鈣鈦礦的窄譜藍(lán)色量子點(diǎn)發(fā)射器[10]

東京大學(xué)的研究人員在被視為極具挑戰(zhàn)性的藍(lán)色發(fā)光量子點(diǎn)的開發(fā)方面取得了進(jìn)展。他們的研究表明，使用一種新的自下而上的設(shè)計(jì)策略和自組織化學(xué)方法，可以幫助創(chuàng)造出一種高純度的藍(lán)色發(fā)光量子點(diǎn)材料（具有較窄的發(fā)射光譜）。

新開發(fā)的量子點(diǎn)具有一種特殊的化學(xué)成分，結(jié)合了有機(jī)和無機(jī)物，如鉛鈣鈦礦、蘋果酸和油胺，這些材料自排列成一個(gè)由64個(gè)鉛原子組成的立方體。首席研究員中村英一（Eiichi Nakamura）教授說，“他們花了一年多的時(shí)間，系統(tǒng)地嘗試不同的東西，才發(fā)現(xiàn)蘋果酸是我們化學(xué)謎題的關(guān)鍵部分。”

9. 用于顯示的高分辨率鈣鈦礦納米晶體圖形技術(shù)[11]

蔚山國(guó)立科學(xué)技術(shù)研究所（UNIST）的研究人員與大邱慶北科學(xué)技術(shù)研究所（DGIST）的研究人員合作，開發(fā)了生產(chǎn)超薄、高分辨率鈣鈦礦納米晶體顯示器的圖形技術(shù)。該產(chǎn)品采用了一種非常簡(jiǎn)單的類似郵票的印刷工藝，這將促進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)的商業(yè)化。

據(jù)悉，利用該技術(shù)可以制作出每英寸2550像素的RGB像素圖案，比目前的高端智能手機(jī)的分辨率高出400%左右。

參考文獻(xiàn)

1. Yu, Y., Wang, W., Li, X. et al. Diameter-dependent photoelectric performances of semiconducting carbon nanotubes/perovskite heterojunctions. Nano Res. (2023). https://doi.org/10.1007/s12274-023-5942-1

2. Alberto D. Scaccabarozzi, Aniruddha Basu, Filip Aniés, Jian Liu, Osnat Zapata-Arteaga, Ross Warren, Yuliar Firdaus, Mohamad Insan Nugraha, Yuanbao Lin, Mariano Campoy-Quiles, Norbert Koch, Christian Müller, Leonidas Tsetseris, Martin Heeney, and Thomas D. Anthopoulos Chemical Reviews 2022 122 (4), 4420-4492. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00581

3. Y. Xu, H. Sun, A. Liu, H. Zhu, W. Li, Y. Lin, Y. Noh, Adv. Mater. 2018, 30, 1801830. https://doi.org/10.1002/adma.201801830

4. I. Salzmann, G. Heimel, M. Oehzelt, S. Winkler, N. Koch, Acc. Chem. Res. 2016, 49, 370. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.5b00438

5. J. Kim, D. Khim, K. Baeg, W. Park, S. Lee, M. Kang, Y. Noh, D. Kim, Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 7886. https://doi.org/10.1002/adfm.201602610

6. D. Lee, M. Kang, D. Lim, Y. Kim, J. Lee, D. Kim, K. Baeg, J. Mater. Chem. C 2018, 6, 5497. https://doi.org/10.1039/C8TC01076E

7. Dae Hwan Lee, Seyeong Lim, Chanhyeok Kim, Han Uk Lee, Dasol Chung, Yelim Choi, Jongmin Choi, Younghoon Kim, Sung Beom Cho, Hong Il Kim, and Taiho Park ACS Energy Letters 2023 8 (4), 1839-1847. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c00211

8. Shim, H.C., Kim, J., Park, S.Y. et al. Sci Rep 13, 4836 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31945-6

9. Yiqiang Z., Yaowen W., Zhexin L. et al. MATTER 2023 VOLUME 6, ISSUE 2, 506-520. https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.11.020

10. Olivier J. G. L. Chevalier, Takayuki Nakamuro, Wataru Sato, Satoru Miyashita, Takayuki Chiba, Junji Kido, Rui Shang, and Eiichi Nakamura. Journal of the American Chemical Society 2022 144 (46), 21146-21156. https://doi.org/10.1021/jacs.2c08227

11. JONG IK KWON, GYURI PARK, GWANG HEON LEE et al. SCIENCE ADVANCES 2022 Vol 8, Issue 43. https://doi.org/10.1126/sciadv.add0697

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