▎藥明康德内容團隊編輯

　　一次無意的手滑，手機屏幕可能就會摔出裂痕，影響使用體驗和設備的使用壽命……當你看着手機屏幕上的裂痕，有沒有産生過這樣的想法：如果有一種很難摔壞的屏幕材料，那該有多好！

　　就在最近，一項發表于《科學》雜志的研究讓我們離夢想更近一步。由澳大利亞昆士蘭大學領銜的國際合作團隊開發出一種全新的複合材料，該材料有望制造出更穩定、不容易斷裂并且光電性能優越的下一代電子屏幕。

　　從傳統的液晶屏幕到有機發光顯示屏（OLED），用于制造電子屏幕的材料在不斷升級。現在，一類名為量子點發光二極管（QLED）的全新顯示技術受到了研究人員和産業界的青睐，這種屏幕擁有目前頂級的圖像呈現效果及性能。

　　量子點通常指的是尺寸小于20納米，且具有量子限域效應的半導體納米晶體，它能在光照或電場激發下，釋放出穩定、顔色可調的熒光，從而實現屏幕顯示。由于光電性能優異，近些年來鉛基鹵族鈣钛礦納米晶被認為是取代傳統OLED電子屏幕、實現全彩顯示的潛在方案。

　　但目前，這類具有巨大潛力的材料在實際應用場景中，依然存在一個緻命缺陷：不穩定。無論是光照、熱處理、氧氣還是空氣中的水蒸氣，都很容易讓這種材料從光電性能良好的鈣钛礦結構轉化為非鈣钛礦結構。例如，在比較潮濕的空氣中，鉛基鹵族鈣钛礦納米晶的性能隻能維持數分鐘。

　　對此，一種解決方案是使用表面配體，使得材料在一定濕度範圍的空氣中保持穩定，但這也并非長久之計——表面配體容易脫落，導緻相轉變和材料降解。此外，這種材料在極性溶劑中也不穩定，并且其中的鉛容易洩漏、産生環境污染和安全隐患。

　　為了解決這個問題，研究團隊采用了一種全新的策略：他們通過傳統球磨工藝和液相煅燒方法，将铯鉛碘鈣钛礦納米晶包裹在多孔的金屬有機物骨架玻璃（MOF）中，形成穩定的光緻發光複合玻璃。

　　“不同于傳統鈣钛礦量子點的表面配體策略，我們主要通過MOF與鈣钛礦材料表面形成的化學鍵以及尺寸效應來提升表面活化能，從而使鈣钛礦結構穩定存在。“這項研究的通訊作者之一，任職于昆士蘭大學的王連洲教授表示。此外，MOF可以防止空氣中的水蒸氣滲入，從而提升了這個複合結構的長期穩定性。

　　研究團隊接下來的檢測發現，新型材料在保持了鈣钛礦納米晶極高的發光效率的同時，還明顯改進了傳統鈣钛礦量子點存在的穩定性缺陷。無論是浸泡在水中或有機溶劑裡，還是暴露在高溫、光照和潮濕的環境中時，這種新型材料都能維持足夠的穩定性。例如，該材料在水中浸泡1萬小時之後，其光緻發光的強度也隻下降了不到20%。此外，鉛能在這種材料中自我封存、避免洩漏，确保了材料的安全性。

　　對于材料穩定、優良的光電性能，王連洲教授指出，多個因素共同發揮了作用：此次使用的鈣钛礦材料具有很強的缺陷忍耐度，因此晶體生長過程中形成的缺陷對其發光性能影響較小；MOF表面的配體可以鈍化鈣钛礦表面的缺陷，起到提升熒光量子産率的作用；此外，鈣钛礦與MOF複合材料的界面上所形成的化學鍵，也在一定程度上阻礙了鈣钛礦材料的相變及在濕度較高或極性溶劑條件下的降解。

　　除了優良的光電性能，這種材料的機械性能同樣優良。王連洲教授介紹稱，新型複合玻璃在微觀尺度上表現出了傳統無機玻璃材料不具有的機械性能：“由于其内部中空結構比例較高，該種玻璃材料可以實現微觀尺度的彈性，宏觀上就降低了在應力下斷裂的傾向。“這正是這種材料制作的玻璃不容易碎裂的秘密。

　　這一點也在測試中得到了初步證實：研究人員通過納米壓痕測試表明，複合了鈣钛礦納米晶的玻璃材料在楊氏模量及硬度方面都有所提升，進一步證實了複合材料界面優秀的相容性，為未來繼續提高複合玻璃材料的機械性能提供了有力的理論支撐。

　　這項研究為我們展示了一種有着光明前景的全新材料。随着後續研究的深入，這種擁有巨大應用潛力的材料或将真正進入市場、改變我們的生活。或許未來的某一天，你用到的電視機、電腦，以及耐摔的手機的屏幕，将離不開這種創新性的玻璃合成思路。

　　這篇标題為Liquid-phase sintering of lead halide perovskites and metal-organic framework glasses的論文發表于《科學》雜志，昆士蘭大學的王連洲教授、侯經緯博士與英國利茲大學的Sean M。 Collins博士、劍橋大學助理教授Thomas D。 Bennett為共同通訊作者，王連洲團隊的侯經緯博士和陳鵬博士分别為論文第一作者和第二作者。

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