张胜利南京理工大学 人物访谈:对话南京理工大学曾海波教授

在这期访谈栏目中,我们有幸对话曾海波老师,并对他的研究课题以及从事科研工作的一些感受进行了采访。

1.请您简单介绍一下您课题组的科研工作和发展情况?

我们课题组主要从事照明、显示与传感新材料及器件研究。一方面,为健康照明与广色域显示应用开发新材料,提升白光LED器件性能,包括电驱动与背光两类LED。另一方面,也为无人平台等国防装备开发特种传感器,主要是多光谱融合的光电传感器。

2013年创建研究所以后,主要聚焦在二维砷烯与锑烯、无机钙钛矿量子点两个新材料体系,主要包括:(1),二维砷烯与锑烯的原子与电子结构设计、合成与光电特性;(2),无机钙钛矿量子点的合成、光学、光探测器、白光LED及QLED。

砷烯(Arsenene)与锑烯(Antimonene)属于二维材料的新成员。我2008年在日本NIMS开始介入二维半导体,发现六方氮化硼减至极薄后电导率提高了4个数量级(Nano Lett. 2010, 10, 5049),NPG Asia Materials等以“The rise of white graphene”为题对此进行了亮点报道。

到南京后,转而针对光电子应用的关键参数需求探索新的二维半导体。

2014年夏,博士后张胜利预测了砷烯与锑烯及其半金属-半导体电子结构转变(Angew. Chem. In. Ed. 2015, 54, 3112),Nature对其光电前景进行了亮点报道。2015年又从光电器件构建角度分析了它们的价带导带位置及迁移率(Angew.

Chem. In. Ed. 2016, 55, 1666)。这个方向2015年涌现了60多篇计算论文,2016年初出现了材料合成及半导体特性的2篇实验文章,我们刚刚完成的实验工作也将展示其非线性光学等特性。

总之,处于萌芽阶段的砷烯与锑烯,有趣而充满未知及机会,希望有更多人从物理、化学、材料、器件等不同角度来探索,比如维度缩减诱导的原子结构、电子结构、载流子输运等方面的演变,以及光生激子与电荷的产生、转移、复合等新的光电特性等等科学问题。

无机钙钛矿量子点(CsPbX3)方向则涵盖基础与应用。1983年哥伦比亚大学Brus教授发起量子点以来,大家围绕Ⅱ-Ⅵ族做了大量杰出的研究,促进了量子点在生物与光电领域的应用。面对无镉化、全光谱、广色域等要求,大家都想发展新体系量子点,但遇到发光效率、单色性、稳定性等几个拦路虎。

2014年夏,组内学生李晓明实现了红绿蓝黄无机钙钛矿量子点合成及其白光LED (Adv. Funct. Mater.2016,Revised),宋继中率先实现了QLED (Adv.

Mater. 2015, 27, 7162),发展了各种构型的光探测器(Adv. Science 2016, Revised), 与孙汉东教授等合作发现了高品质上转换发光与激光(Adv.

Mater. 2015, 27, 7101; Nano Lett. 2016, 16, 448)。这个体系的发光量子效率高,绿色高达95%,单色性高,合成简便且可重复,这些特点让这个小方向正在快速爆发,2015年国际上只有10余篇报道,但据目前已有数十个课题组在做相关研究。希望大家共同努力,提高它们的光学品质与稳定性,在照明与显示获得应用。

2.您从事科研工作最大的动力来源是什么?

首先,做科研最大的动力来源于兴趣。尽管我硕士做理论,博士做实验,现在希望两者兼顾,具体研究课题变化跨度较大,但是较早我就意识到自己对于以探索未知为主要活动的科研工作和生活非常感兴趣,如今能把兴趣和职业完美结合起来让我感觉到是一种难得的幸福。

其次,正如恩格斯所言“社会一旦有技术上的需要,则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进”,民用与国防方面对照明、显示与传感新材料及器件的需求,就是我逐渐将兴趣聚焦到当前课题的最大动力,而这正好与南理工这个特色学校里面的很多同事不谋而合。

3.您在选择研究生时更看重哪方面素质?对组内研究毕业生有怎样的要求?

我最希望学生已经有或者逐渐有清晰的兴趣与职业规划。我们实验室的课题,既有偏重基础的,比如新材料探索与原型器件,也有偏重应用的,比如材料升级与LED封装工艺。无论你是准备到产业界还是学术界发展,都可以选择合适的课题。

在实验室内把当前的课题,与兴趣,与未来,紧密关联起来,这才能让他们在充满挫折的探索历程中坚守得住,才能最终成长起来!对于毕业生,我希望他们经过实验室几年的锻炼,除了掌握优秀的发现问题、设计方案、执行方案的能力以外,还希望他们对将要从事的行业和工作有较强的担当意识。

4.您对量子点照明与显示方向的未来发展有何看法?

我比较看好这一方向,尤其是相对于电驱动OLED和QLED而言,结合蓝光芯片与发光量子点的背光LED在照明与显示方面会有较快的发展。首先,这一方案只是用量子点部分或者全部代替稀土荧光粉,不需要太多改动现有灯具与显示器的生产线。

其次,量子点的全光谱发光、量子效率高、各颜色单色性高等优势,正好符合健康照明与高清显示的要求。在当前的产业界,LG侧重于OLED显示研发,而三星则专注于利用量子点等技术升级LCD显示。

2016年1月4日,三星推出了新的高端UHD电视,最新发布的五个型号产品都采用了量子点技术。当前的主要问题是,既要开发光学品质更高、成本更低、更环保的新量子点,更要大幅度提高在照明和显示服役环境中的稳定性。最近,我们和南方科技大学孙小卫小组、天津中环量子公司组成的联合团队,将量子点灯具的稳定性提高到在85℃下2000小时光衰仅为2.45%,三月份的发布会上会公布详细信息。