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光明日报北京6月22日电（记者晋浩天）想让显示屏幕既亮又省电，钙钛矿发光材料被寄予厚望，但它有个“成长的烦恼”：晶体想长得好，就容易长得大，可高效发光偏偏需要足够小的晶粒。记者日前从北京大学获悉，周欢萍教授课题组与严纯华院士、孙聆东教授课题组合作，提出一种“原位纳米晶限域”新策略，巧妙地给晶体生长套上了一副“分子模具”。团队首次在基底原位生长过程中让高结晶质量与纳米小尺寸兼得，据此制备的蓝光钙钛矿发光二极管外量子效率达21.8%，器件运行稳定性提升6倍以上。
周欢萍介绍，钙钛矿在红光和绿光方向进展迅速，唯独发出纯正蓝光成了最难啃的骨头。高效发光难的根源在于一个相互打架的需求：一方面，高结晶质量能减少材料内部缺陷、抑制能量损耗，是效率和稳定性的根基；另一方面，纳米尺度的小晶粒才能把电荷牢牢“关住”，迫使它们高效发光。传统方法中，让晶体长得好，晶粒就止不住地变大；强行缩小晶粒，又会引入不少缺陷。这仿佛一道“鱼和熊掌”的物理死结，长期拖住了蓝光器件前进的脚步。
研究团队的破局思路颇具创新性。他们在钙钛矿结晶过程中加入一种可聚合配体——这种分子一边帮助材料溶解成膜，一边在特定条件下彼此交联，像织网一样原位形成一张致密的聚合物网络。“晶粒刚想长大，就被这张网轻轻‘按住’；与此同时，可聚合配体延长了晶格有序重排的时间窗口，让原子们从容地排列整齐。结果令人惊喜：纳米晶尺寸被均匀控制在极小范围，缺陷密度大幅降低，材料结构也更稳定。”周欢萍说，器件工作稳定性提升了6倍以上——那张原位形成的聚合物网能有效抑制离子迁移，为器件长期稳定运行筑起了一道“防波堤”。
严纯华说，这一工作首次系统建立了原位聚合限域策略，为解决新一代显示材料效率与稳定性难以兼得的困局开辟了新路。“该方法普适性良好，有望进一步拓展至太阳能电池、量子点发光器件等领域，为下一代高性能显示与光电子技术夯实底座。”
●新知解码
什么是“原位纳米晶限域”
光明日报记者 晋浩天
假设你要烤一批拇指大的小蛋糕，每块都要松软蓬松，但烤着烤着它们就膨胀粘连成一整张大饼——想让钙钛矿发光，就卡在这个难题上。
准确来说，“原位纳米晶限域”是一种让晶体在生长过程中“长得好又长不大”的精细调控技术。它的精髓是：不是等晶体长大后再强行切碎，也不是用化学技术阻止它的表面生长，而是像给盆栽套一个固定形状的模具，让小树在模具里慢慢长成苍劲的盆景——既有成熟树木的致密纹理（高结晶质量），又被严格限制在方寸之间（纳米尺寸）。
如何实现？
科学家在材料结晶前，预先混入一种可聚合配体，它在晶体刚冒头时原位形成一张分子级的“网”，网眼便是晶体生长的唯一空间。既不让晶粒“疯长”，又给足时间让原子排列整齐。如今，从新一代显示屏的蓝光像素起步，这项技术首次破解了“要小”与“要好”的矛盾。
编辑：肖潇 责任编辑：刘亮
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