文 |【中國科學報】記者 張楠
在決定從產業界轉身到科研機構的時候，向超宇已經有15年以上的研發經驗，手握許多國內外專利，但距離科學研究的最前沿，總感覺還有一點距離。
2019年，向超宇受聘中國科學院寧波材料技術與工程研究所（以下簡稱「寧波材料所」）研究員，開始為縮短這一點距離而努力。
「以往的經驗積累始終都是我們的基石。」向超宇團隊的最新論文近日在【自然-光子學】發表，以「溶劑篩」打通鈣鈦礦發光「最後一公裏」。
不同鈣鈦礦材料和鈣鈦礦發光二極體在紫外燈下的明亮熒光。
找到不穩定的關鍵因素
向超宇帶領的先進奈米光電材料與器件團隊，近日研發的高效鈣鈦礦發光二極體，解決了鈣鈦礦材料的本征穩定性問題。
鈣鈦礦材料作為目前最有前途的光電材料之一，具有光電效能優異、制備成本低的優點。
與目前常見的OLED技術相比，鈣鈦礦發光二極體可以將色彩純度提升至少1倍。但其執行穩定性差的問題是投入實際套用的主要障礙。
對此，該團隊深入分析了具代表性的準二維鈣鈦礦材料的精細結構，發現其內部較薄的奈米片只有1層或2層鉛離子，這是誘發鈣鈦礦不穩定性的關鍵來源。
論文第一作者、寧波材料所博士生丁碩解釋，較薄的奈米片是由快速、不可控的結晶過程形成的，結晶本身品質差、缺陷較多，容易發生分解，其分解又會進一步誘發鈣鈦礦薄膜整體分解，從而極大降低鈣鈦礦材料的穩定性。
緊接著，下一個難題擺在眼前：奈米量級的薄片，與其他結構緊密堆積在一起，常規的宏觀處理方法難以將之精準去除。
丁碩想了很多辦法，起初也照著別人的思路加添加劑，但是太多添加劑依然會影響穩定性。
在一次次去繁就簡、抽絲剝繭的分析後，受到篩網可以篩分不同尺寸沙粒的啟發，研究團隊開發出「溶劑篩」方法。
在質疑中不斷提升
「溶劑篩」是一種極性溶劑和非極性溶劑的組合。研究人員利用較薄奈米片易溶於極性溶劑的特性，透過調控其中極性溶劑所占比例，在不影響鈣鈦礦材料中其他結構的同時，實作對薄奈米片的精準去除。
「溶劑篩」方法示意圖（左）；用「溶劑篩」方法制備的發光二極體效率與壽命遙遙領先（右）。
用這種方法去除薄奈米片後，鈣鈦礦材料展現出了驚人的穩定性，可以在濕潤的空氣中保持發光效能超過100天。
用此材料制備的鈣鈦礦發光二極體，展現出在100坎德拉/平方米亮度下超過5萬小時——也就是5.7年的執行壽命，是目前所有綠光鈣鈦礦發光二極體的最高值，達到了商業化套用的要求。
同時，鈣鈦礦發光二極體的外量子效率達到29.5%，是目前無光提取設計的鈣鈦礦發光二極體效率的新紀錄。
數據振奮人心，然而，這並不意味著論文發表就一路暢通。
從投稿到發表，這個成果等了兩年多。
「審稿人一開始對這個結果是存在質疑的。兩年間，我們做了很多解釋、論證工作。」向超宇認為，其間需要自信，需要耐心，需要科學精神。
「遇到專家質疑是很正常的。其實走完這個過程，文章有了很大進步，我們看問題的方式方法也多樣化了。」經過10輪修改，證據更加堅實，理論闡述更加完整。
審稿人最終認可了這項研究中鈣鈦礦發光二極體的超高效率和執行穩定性，也對研究人員揭示鈣鈦礦不穩定性的關鍵來源，並透過「溶劑篩」方法實作對鈣鈦礦結構的精準篩分給予了充分肯定。
此時又傳來了好訊息，該團隊的另一篇文章也即將在著名學術期刊發表。
未來市場就在中國
向超宇先後供職於美國蘋果公司、美國寰宇顯示公司，作為計畫主要執行人參與和領導美國能源部基礎科學計畫、美國自然科學基金中小企業創新研發計畫，曾領導新一代OLED、量子點LED顯示器技術的開發。
帶著這份精彩的履歷，向超宇於2016年回國，加入知名企業TCL的工業研究院。
「回國的緣故，一方面是因為父母親人都在這裏，另一方面也因為我看得很清楚，未來產業就在中國。」
他的團隊制備了世界首台噴墨印刷5寸全彩AM-QLED和31寸全彩AM-HQLED的樣機，形成了一系列具有自主智慧財產權的核心器件制備技術，獲得30余項國內外專利。
2019年9月，向超宇加入寧波材料所，奔赴更前沿的科學研究，向科技制高點進軍。
要做「敲」拐點的人
在寧波材料所工作已經4年半了。向超宇深感責任更多了。科研布局、人才結構、學生培養、計畫爭取，哪個都馬虎不得。
向超宇（左）和丁碩師生倆正在進行試驗操作。
「這幾年的成長，是知道了如何更好地做科研工作者。下一個4年要自己‘造血’了。」
談及此次發表的成果，向超宇認為，鈣鈦礦廣泛進入研發視野不到10年，是個新「IP」，有很多可以布局的發力點。
「很多先進半導體制造的原材料都是在別人手裏。」這個材料的發展到了拐點，向超宇認為自己和團隊有多年的量子點LED耕耘基礎，具備研發能力，所裏也非常支持，他們可以努力成為「敲」拐點的人，進而從根本上解決一些卡脖子問題。
「當然，現在只突破了鈣鈦礦發光二極體綠光的壽命和效率問題，藍光、紅光等都還有待解決，接下來要看能否提高幾個數量級、能否離工業套用更進一步。」向超宇說，「解決實際問題一直是我們的動力。把握住做事情的初心，就不會跑偏。」
相關論文資訊：
https://doi.org/10.1038/s41566-023-01372-0
