引自：Basu等。

印度科学研究所（IISc）的研究人员开发了一种石墨烯-量子点新型混合材料，这一突破可能促使下一代高效、可控的显示器和LED的产生。

量子点是一种半导体纳米晶体，具有革新各种技术的潜力，包括光伏发电、医学成像和量子计算。可以吸收紫外光，产生清晰明亮的色彩，特别适合下一代电视机、智能手机和LED的需求。然而，它们导电性不是很好，因此在设备中使用效率并不高。为了提高效率，研究人员尝试将它们与石墨烯（一种优良的导电体）相结合。即使在制造之后添加石墨烯，也会对输出结果进行一定程度上的修正，或者根据意愿对装置进行开关。

虽然这种组合对于光电探测器和传感器来说效果很好，但是实际上对于显示器和LED来说作用并不大，因为量子点在与石墨烯熔合时失去了发光能力。 通过修改一些实验条件，IISc的科学家找到了一种消除这种影响的方法，并研发出了一种高效、可调的混合材料。他们在 ACS Photonics公布的结果为新一代先进的显示器和LED提供了可能性。

量子点是非常小的颗粒，但其性能远远优于传统的半导体。当被紫外光激发时，根据其尺寸的差异它们可以产生不同颜色的可见光。例如，小尺寸量子点产生蓝光，而大尺寸量子点则发出红光。

虽然他们对光的吸收效率很好，但是其导电性却不是很好; 因此，基于量子点的设备光电转换效率并不高。与其相反石墨烯对光线几乎是透明的，但它是一种优质的导电体。当两者结合时，原则上石墨烯会迅速将量子点吸收的能量吸走，从而减少能量损失，并将其转换为电信号。这就使得这种材料能够用来制造极高效的光电检测设备。

IISc物理系教授，主要作者Jaydeep Kumar Basu说：“你会得到两者最好的特性。”

在移动过程中，量子点与石墨烯间的能量转移使量子点几乎没剩余能量用来发光，从而不能应用在显示器上或LED中。

Basu说：“由于这种影响，这些混合材料还不能广泛应用。对量子点而言，石墨烯的作用就像海绵一样，限制了其发光特性。”

Basu的研究小组试图通过引入被称为超辐射的过程来克服这种“猝灭”效应。当一层中的单个原子或发射体（如量子点）被激发时，每个个体将独立发光。在特定条件下，所有的原子或发射体可以相互协作发光。发出的光非常明亮，其强度显着大于个体发光强度的总和。

在之前的研究中，Basu的研究小组在一定的实验条件下，通过将金属纳米粒子与量子点相结合，可以在一层薄的量子点上产生超辐射。他们在制造新的量子点-石墨烯混合物时重现了这些条件，产生的超辐射足以抵消“猝灭”效应。在使用模型过程中，他们发现这种现象只有在单个量子点为5纳米或更小时，量子点层和石墨烯之间间隔为3纳米或更小时发生。

Basu说：“实验的结果表明，我们可以首次摆脱这种‘海绵’效应，保持发射体的活性”。

当超辐射占优势时，即使有石墨烯的存在，混合物的发光强度也可以比单独使用量子点所能实现的发光强度高三倍。

Basu说：“石墨烯的优势还在于您可以通过电子方式实现强度可调。可以通过改变电压或电流来调节发光强度。”

作者表示，这项研究也为分析光和物质如何在纳米尺度上相互作用的研究开辟了新的途径。

来源：https://phys.org/news/2017-11-hybrid-material-highly-efficient-next-gen.html

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