鑽石舞台

面向micro-LED顯示的巨量轉移及檢測修復技術

第一作者: 朱桂強, 劉怡靜, 明睿

通訊作者: 石峰, 成夢嬌

微發光二極管(micro-LED)是一種新型顯示技術, 是由尺寸小於50 μm的氮化鎵發光二極管芯片形成高密度的顯示陣列, 具有高亮度對比度、高分辨率、快響應、低能耗等優勢, 各項指標遠超現有主流顯示器件, 被認為是未來終極顯示技術, 有望用於巨幅或車載顯示、AR/VR眼鏡、柔性設備等前沿領域. 雖然micro-LED技術具有廣闊的應用前景, 但是其產業化過程仍然面臨着一些問題與挑戰, 其中一大技術瓶頸即為巨量轉移技術. 近年來, 國內外研究組在巨量轉移研究中取得了諸多進展, 相關行業巨頭也爭相投入研發並形成了一系列概念性產品, 然而仍未形成具有主導性優勢的巨量轉移方法. 為此, 本文主要綜述了目前micro-LED顯示技術相關的巨量轉移方法以及與之密切相關的檢測修復技術. 根據轉移原理,將所報道的轉移方法分為三類, 即拾取-放置技術, 流體自組裝技術, 激光選擇性釋放技術, 並對其原理和優缺點進行了分析比較; 同時, 還討論了巨量轉移後的檢測修復技術, 這對於製備高質量micro-LED顯示屏也非常重要. 未來, 巨量轉移技術與多種檢測方法高度融合, 有望實現高良率、低成本的目標. 此外, 現有的轉移方法對於具有多器件集成需求的前沿技術也具有重要意義, 包括柔性電子、傳感、太陽能電池等.

Zhu, G., Liu, Y., Ming, R. et al. Mass transfer, detection and repair technologies in micro-LED displays. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2110-2

第一作者: 趙一菲

通訊作者: 聞利平

河水與海水之間存在的滲透能是一種新型、可持續的能源, 並引起了人們的廣泛關注. 其中, 通過反向電滲析技術, 納流體膜能夠從鹽度梯度中捕獲這種能量. 然而, 目前的膜材料存在一些不足, 例如膜阻過高、穩定性差以及電荷密度低等, 這在很大程度上限制了它們的進一步應用. 本文設計了一種高性能的納米複合膜, 該膜採用纖維素為主體並與氧化石墨烯複合, 具有類似「水泥-鵝卵石」結構的穩定骨架, 有利於增強離子跨膜傳輸. 在人工河水和海水環境中, 複合膜的輸出功率密度可達5.26 W m−2. 此外, 該膜在質子梯度條件下的功率密度超過67 W m−2, 且具有良好的耐酸性能, 可長期使用. 複合膜應用的多樣性得益於機械強度高的纖維素與氧化石墨烯納米結構間的結合作用. 在這項工作中, 展示了利用化學勢梯度提取能量並且實現工業廢水處理的前景.

Zhao, Y., Xin, W., Qian, Y. et al. Cement-and-pebble nanofluidic membranes with stable acid resistance as osmotic energy generators. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2057-5

單晶MOF衍生的N摻雜有序等級多孔碳用於高性能鋰硒電池

第一作者: 李紅燕

通訊作者: 蘇寶連, 李昱

實現多硒化物的最大化固定能力以降低在鋰硒電池中的穿梭效應仍然面臨很大的挑戰性. 通過晶體限制生長和模板輔助方法合成的MOF單晶衍生的N摻雜有序分級多孔碳(S-NOHPC)展示了其作為鋰硒電池載體材料的優異電化學性能. MOF結構固有的大量微孔為硒的負載提供了大量的空間和表面反應位點, 確保了電池的高能量密度. 互連的三級微-中-大孔結構和N摻雜極性位點的協同作用可以緩衝體積膨脹, 縮短離子傳輸, 其極高擴散係數為4.44 × 10−10 cm2 s−1, 加速了鋰化/脫鋰反應. 硒得到了最大限度的激活, 多硒化物中間體緊密固定在碳載體材料的內部, 從而實現了優異的比容量、穩定性和倍率性能. 該正極在0.2 C的電流密度下表現出非常高的第二圈放/充電容量, 分別為658和683 mA h g−1, 並且循環200圈後仍保持367 mA h g−1的高容量. 即使在5 C的大電流密度下, 其仍可獲得230 mA h g−1的高放電容量. 該工作為高效儲能設備提供了一種具有合理孔隙排列的新型高性能多孔材料.

Li, H., Dong, W., Li, C. et al. Boosting reaction kinetics and shuttle effect suppression by single crystal MOF-derived N-doped ordered hierarchically porous carbon for high performance Li-Se battery. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2077-1

一種高度集成的多維度防偽材料: 鑭系摻雜的LaCaAl3O7熒光粉

第一作者: 裴鵬祥

通訊作者: 劉偉生

發光材料的可調激發、發射模式(上、下轉換發光)和機械發光在信息加密和防偽方面發揮着重要作用. 然而, 大多數報道的發光材料通常表現出固定的激發模式和單一的發射, 導致較低的防偽水平. 因此, 開發多時態、變激發模式和多種發射模式(特別是在同一基質中)的發光材料仍然是一個重要的挑戰. 本文報道了一種高度集成的多功能材料(顏色可調(下轉換發光: 紫紅色→藍色), 激發模式可調(250–380 nm)和四模態(上轉換、下轉換、餘輝和機械發光). 所製得的多功能LaCaAl3O7:Eu2+/3+,Yb3+,Er3+材料適用於合成彈性體薄膜, 該薄膜具有防水、伸縮、柔韌的特性, 利用常用工具(紫外線燈)和980 nm激光器可進行多維信息加密防偽. 這些結果為高級多模態防偽提供了獨特的見解.

Pei, P., Bai, Y., Su, J. et al. Achieving mechano-upconversion-downshifting-afterglow multimodal luminescence in a lanthanide-doped LaCaAl3O7 phosphor for multidimensional anticounterfeiting. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2042-7

高比能鋰離子電容器設計新策略: 高儲鋰性能的氮、磷共摻雜分級多孔炭納米球

第一作者: 李桐, 張建軍

通訊作者: 張晶, 錢釗, 王儒濤

鋰離子電容器通常由一個電池型負極和一個電容型多孔炭正極組成, 可輸出比傳統雙電層電容器高兩倍的能量密度, 但是在高倍率條件下其能量密度低、循環壽命短, 因而其廣泛應用受到阻礙. 本文通過模板法合成了一種結構高度無序、氮/磷共摻雜的分級介孔炭納米球. 這種分級多孔結構有利於鋰離子的快速遷移, 且高度無序的結構和高雜原子含量為鋰離子電荷存儲提供了豐富的活性位點. 電化學測試表明, 該炭納米球負極具有較高比容量( 在0.1 A g−1 時, 為1108.6 mA h g−1), 優異的倍率性能(在8 A g−1時, 為276.5 mA h g−1), 以及良好的循環穩定性(1000次循環後仍保持85%的容量). 以該分級多孔納米球為負極, 自製活性炭為正極所組裝的鋰離子電容器具有較高的能量密度(103 W h kg−1)、功率密度(44,630 W kg−1)以及長循環壽命(>10,000圈). 該工作揭示了如何通過在納米/原子尺度上調控炭材料微結構來提高電化學性能的方法, 為設計高性能的儲能設備提供了新策略.

Li, T., Zhang, J., Li, C. et al. Nitrogen and phosphorous co-doped hierarchical meso—microporous carbon nanospheres with extraordinary lithium storage for high-performance lithium-ion capacitors. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-021-2047-x

LiF引發選擇性鋰化提升硅碳負極可逆容量

第一作者: 孫金燃, 張舒

通訊作者: 崔光磊, 董杉木

Si@SiOx/C複合負極具有較高比容量, 被認為是鋰離子電池實際工業應用中最有前途的負極材料. 然而, 由於硅的嚴重體積形變, 複合負極的循環穩定性依然面臨巨大挑戰. 本工作通過釋放負極冗餘容量中高度可逆的鋰儲存能力, 提高了複合負極的循環穩定性. 基於LiF與不同活性材料之間的界面分離能差, 針對複合負極提出了一種LiF引發的選擇性鋰化策略. LiF在Si@SiOx上發生再沉積並富集, 分離LiCx和Li15Si4的形成電位, 進而促進鋰離子在石墨中的存儲(未修飾前複合負極中石墨的容量未被充分利用). 因此, 在不犧牲比容量的前提下, 全電池獲得了更好的倍率性能和循環性能. 超高面容量(NCA/S450, 4.9 mA h cm−2)的全電池經300次循環後, 容量保持率從66.1%顯著提高到94.2%. 選擇性鋰化策略在實際工業應用中更加可行, 不需要改變現有的電池製造工藝. 本研究為長循環壽命硅/石墨複合負極的開發開闢了新途徑.

Sun, J., Zhang, S., Zhang, Q. et al. Unshackling the reversible capacity of SiOx/graphite-based full cells via selective LiF-induced lithiation. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-021-2049-9