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DeepTech深科技 浙大科学家有望改变OLED技术格局|专访，创造两项发光效率纪录( 二 )


DeepTech深科技 浙大科学家有望改变OLED技术格局|专访，创造两项发光效率纪录
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图|游戏SuperMarioRun中的黄金砖OLED工作时形成激子 ， 一般有两种不同的状态：单重态和三重态 。 根据量子力学的一个推论 ， 这两种形态的能量高低不同 。 自旋单重态的能量高 ， 自旋三重态的能量低 。 其中又只有单重态才可以发光 ， 但它产生的概率只有25% ， 剩下75%都是能量较低、又不发光的三重态 。 为了提高发光效率 ， 科学家们用的方法 ， 就是让三重态与单重态之间实现转换 。 三重态能量低 ， 很难自由转到能量更高的单重态 ， 所以需要引入其它机制 。 目前比较常见的两种方法 ， 一是引入重金属元素(比如铱) ， 让三重态本身能够实现发光(磷光) ， 一是通过分子设计 ， 缩小三重态和单重态之间的能量差 ， 这样它也能够转为单重态 。 CMA分子则表现出新奇的发光机制：由于分子旋转 ， 三重态和单重态的能量差变为零 ， 它就能快速转化为单重态并发光 。 同时 ， 狄大卫和同事在分子中利用了常见的金属(如铜、银、金) ， 进一步提高了激子利用速率 。 最终 ， 他们实现了27.5%的外量子效率（衡量OLED发光效率的指标） ， 并用低成本的溶液法制备 。 这达到了真空蒸镀法制作的高效率OLED的同等水平 。 在他看来 ， CMA分子另一个很意思的地方是“用分子旋转调控发光” ， 这等于实现了分子机械能和光电性质之间的互相耦合 。 “这可能会是一个新的研究方向” ， 沿着这个思路走下去 ， 说不定会有更多可探索的宝藏 。 实现了溶液法OLED的效率突破后 ， 博士毕业的狄大卫继续跟着导师做博后 。 导师给他的课题是钙钛矿LED 。 这种新型的LED ， 也是从导师的课题组发展起来的 。 他记得导师向他提起这个课题时 ， 非常随意 ， “他说现在钙钛矿LED还不好 ， 他说 ， 你去解决一下这件事情 。 我当时想 ， 解决一下是什么意思……” ， 说到这里 ， 狄大卫噗嗤一声 ， 笑得一口气没喘上来 。 于是 ， 他就和当时在剑桥读博士 ， 正研究钙钛矿的赵保丹 ， 一起去解决了 。 当时钙钛矿LED的外量子效率只有10% ， 他们将钙钛矿与聚合物相结合 ， 很快就达到了20%以上的外量子效率 。 他这样理解老师给自己的建议 ， “因为他知道我OLED做的不错 ， 然后他说钙钛矿LED的话 ， 你自己去玩一玩 。 ”
DeepTech深科技 浙大科学家有望改变OLED技术格局|专访，创造两项发光效率纪录
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图|钙钛矿LED实现20%以上的外量子效率 ， 100%外量子效率 ， 研究被选为封面文章（来源：NaturePhotonic）从科研到产业应用狄大卫在剑桥的导师RichardFriend爵士 ， 既是一个科学家 ， 同时又推动了四五家公司的创立 。 在狄大卫看来 ， 导师对公司的运营和发展并没有那么大的兴趣 ， 只是顺手转化了实验室里比较实用的技术 ， 自己介入并不多 。 而Friend老师的学生 ， 牛津大学的HenrySnaith院士(钙钛矿太阳能电池的奠基人之一) ， 则在产业化方面有着强烈的动力 。 这两种不同的态度 ， 让他挺触动 。 这让他思考 ， 如何在基础研究和产业化研究之间寻找平衡 。 对于他 ， 快乐的源头主要来自基础科研突破 ， 产业化过程或许能给科研带来正反馈 ， 证明某项研究有意义 。 产业发展也能为基础研究提供更多资源 。 回国两年 ， 狄大卫的身份从学生转变成为了老师 ， 还拥有了自己的课题组 ， 要考虑的事情一下子变复杂 。 之前做学生 ， 他更像单纯的玩家：导师把其它的事情都安排好了 ， 他只负责尽情游玩就行 。 “现在这个游戏变得没那么容易了 ， 从服务器到编程到游戏架构 ， 都得我来负责 ， 我还要确保游戏机不被断电 。 ”这些工作稀释了一些快乐 ， 不过看到学生与博士后在自己的引导下取得突破 ， 他会有共鸣式的满足 。 “我会对他们说 ， 我们能不能这样尝试一下 。 这就像我看我的好朋友玩游戏 ， 在旁边对着他说 ， 你试试看往那个方向走一走 ， 我感觉那边会有好东西 。 ”他向学生建议的课题是钙钛矿LED ， 沿着之前的思路继续进行 ， 研究通过例如光子回收等方式 ， 进一步提高发光效率 。 他没有建议进行新型CMA发光器件的设计或者钙钛矿稳定性之类的课题 。 其中的主要原因是 ， 这些研究更为复杂 ， 容易给科研新手带来挫败感 ， 他想让学生在熟悉课题的阶段建立一些自信 。 “直接上来（研究）稳定性 ， 我觉得很多人都崩溃了 。 ”稳定性研究对产业化至关重要 ， 需要投入大量的资金和研发精力 ， 获得大量的试验结果 。 他觉得可以争取资源 ， 做一些以产业转化为目标的研究 ， 这可能是比较恰当的实现路径 。 有一部分投资人和他联系 ， 期待是未来三五年就实现大规模量产 ， 他认为不适合他的团队 。 “尽可能不要为了获取短期利益 ， 而去浪费投资人或者政府的投资 ， 我觉得这可能是一种比较负责任的思维 。 （对于想转化的技术）最好先在实验室中 ， 确定某种技术的确有优势 ， 再去进行产业化 。 ”一年前他和Deeptech聊天时这样说过 。 OLED产业的核心技术之一是铱化合物磷光发光材料 ， 这项技术完全被美、日、韩、欧的公司与学术机构垄断 。 因此 ， 其他公司生产OLED屏幕 ， 每生产一个像素点 ， 都要付一定比例的专利费 。 随着产业的进一步发展 ， 总会有人希望突破现有专利垄断 。 比CMA分子 ， 或者其它新材料 ， 都可能成为潜在方案 。 CMA分子中使用了金、铜或银等较为常见的金属 ， 达到与铱化合物媲美的发光效率 ， 技术转化需要解决的是进一步提升可靠性以及降低成本等问题 。 根据《中商产业研究院》的一份报告统计 ， 从2011年到2017年 ， 中国OLED产值规模从5.3亿美元增长到103.5亿美元 ， 年复合增长率达到64.2% 。 “国内的OLED产业刚起步 ， 它的盈利模式并不是十分令人担忧 。 虽然大多核心专利被美欧日韩垄断 ， 但目前还没有对产业形成明显的阻碍 。 ”狄大卫分析 ， 随着产业升级 ， 总有一天核心专利的缺失会成为重要障碍 ， 眼光长远的企业 ， 就会考虑提前布局 。


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