近日，南京理工大學王躍教授等人通過冷卻工程調控激發态來實作高品質的環保型ZnSeTe基量子點，證明環保量子點在實際應用中的可行性。
目前，量子點是一種具有前景的發光材料，但高品質環保量子點(QDs)的實作仍具有挑戰性，因為其内部具有高效但難以實作的非輻射複合。而上述團隊通過研究冷卻工程對激發态調控的影響，成功證明高品質ZnSeTe核殼量子點的可行性。相關成果發表在《中國科學：材料科學》(SCIENCE CHINA Materials)期刊上。
圖檔來自《中國科學：材料科學》(SCIENCE CHINA Materials)
據論文，最近科學家發現不含重金屬的ZnSeTe基量子點能夠通過Se和Te比例的改變來顯示出可調諧的藍綠發射。是以，作為環保型的材料，它在光電子器件中具有廣闊的應用前景。但是，超快熱載流子俘獲和帶邊載流子俘獲是ZnSeTe量子點發射效率低下的主要原因。
為了提高發光效率，研究人員通過設計冷卻工程抑制上述過程，包括采用不同的冷卻速率來冷卻反應溶液，采用冰水冷卻、自然風冷和爐冷來調節反應終止或冷卻的速度。冷卻工程是調控ZnSeTe基量子點激發态複合，并提高量子點品質的重要環節。
随後，研究團隊結合電子和光譜表征分析了其潛在機制，發現冷卻過程對ZnSeTe基量子點的結晶品質、殼層厚度等均有顯著影響。該團隊經過冷卻優化的ZnSeTe量子點表現出高量子發光效率(>90%)，超過了此前世界紀錄，具有良好的穩定性，并且該量子點可與傳統的硒化镉(CdSe)量子點相媲美。
實驗圖檔來自論文
在硒化镉量子點中，非輻射複合過程已經可以通過合成方法來控制，是以它擁有高品質的發光性能，并具有優良的穩定性，但由于含有镉這種重金屬元素，硒化镉材料具有很強的刺激性，接觸可引起人們惡心、頭痛和嘔吐。是以，其中的重金屬成分将可能阻礙其商業應用。
研究團隊還對硒化镉、硫化镉(CdS)、硫化鋅(ZnS)三種量子點的光穩定性進行了對比實驗。在相似的紫外光照射下，三種量子點的發光強度都降低了約40%。總體而言，團隊設計優化後的無毒ZnSeTe基量子點具有更高穩定性，與上述三種量子點的穩定性相當。這一觀察成果有助于ZnSeTe量子點之後的實際光電應用。
關于WLED的實驗與結果圖，圖檔來自論文
基于ZnSeTe量子點的白光發光二極管(WLED)表現出優異的光學性能，包括高顯色指數80和良好的相關色溫7391K（開爾文溫度機關)。此外，考慮到量子點在光通信系統中具有高調制帶寬和高資料傳輸速率的潛力，是以該高性能WLED還具有良好的光通信能力，可用作環保可見光通信的光源。
南京理工大學王躍教授等人的研究成果通過冷卻速率控制方法等冷卻工程來實作高品質的ZnSeTe量子點，表明了環保型量子點在實際應用中的可行性。