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【材料+】說：
近期，有行業(yè)專家曾經(jīng)指出，固態(tài)發(fā)光新材料新技術不容忽視，固態(tài)發(fā)光新材料、新技術中，尤其是提及若干年內將產(chǎn)業(yè)化的多項納米級材料，將改變未來照明世界。然而，能否進入照明領域，唯一標準還是要以產(chǎn)品綜合性比來評定，即節(jié)能指標、光色品質、可靠性和價格之比。
事實上，這些固態(tài)發(fā)展新材料，特別是石墨烯、磷烯、二維半導體材料MX2、鈣鈦礦等，除了具有發(fā)光性能之外，還可制備高性能電子器件、傳感器、探測器、存儲器、光電子器件等，一旦應用技術成熟并產(chǎn)業(yè)化，那將是顛覆性的技術創(chuàng)新。
1、石墨烯
石墨烯作為一種新興材料，已經(jīng)成為資本追逐的熱點。數(shù)據(jù)顯示，我國已有相關石墨烯產(chǎn)業(yè)的企業(yè)近千家，而許多地方政府也是熱衷石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大興土木，廣納政策興建石墨烯園區(qū)。
一些企業(yè)更是頻頻向大學院校和科研機構伸出橄欖枝合作開展石墨烯項目的研究與開發(fā)。美國著名企業(yè)家馬斯克曾預測，內置石墨烯聚合材料電池的電動汽車未來的續(xù)航里程可以達到800公里，達到了傳統(tǒng)汽車的續(xù)航水平。這一預測為石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的想象空間。
《“十二五”期間中國石墨烯行業(yè)深度市場調研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》顯示，我國已申請了2200多項石墨烯專利技術，占世界石墨烯專利總數(shù)量的1/3。根據(jù)國家產(chǎn)權局、Wind數(shù)據(jù)庫資料，2015年中國專利申請數(shù)量達7925個，居全球第一。
事實上，在“十二五”期間，我國各地政府早已經(jīng)瞄準了石墨烯這一新材料，并相繼成立了一系列石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地，包括：寧波石墨烯產(chǎn)業(yè)園、常州江南石墨烯研究院、無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)、青島國際石墨烯創(chuàng)新中心和重慶石墨烯產(chǎn)業(yè)園、四川省石墨烯產(chǎn)業(yè)園等。此外，北京、安徽、黑龍江、湖南等多個省份也已開始著手籌劃石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。
初步統(tǒng)計，目前已有包括美國、歐盟、日本等發(fā)達國家在內的80多個國家和地區(qū)投入石墨烯材料及其應用的研發(fā)，且美、英、韓、日、歐盟等均將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度，期待它帶來巨大的市場價值。
據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球有近300家公司涉足石墨烯相關的研究和開發(fā)，其中包括IBM、英特爾、美國晟碟、陶氏化學、通用、杜邦、施樂、三星、洛克希德·馬丁、波音等科技巨頭。
然而，我國盡管是石墨烯產(chǎn)業(yè)的專利大國，但其產(chǎn)品的轉化率并不高。重要的還是科技創(chuàng)新，充分利用“企業(yè)+科研院校+市場”的模式。
2、有機發(fā)光二極管（OLED）
OLED照明，根據(jù)市場方面提供的最新一組調查數(shù)據(jù)結果顯示，今年OLED車載照明面板的市場份額已達到7200萬元，與去年同期相比增長了近五個百分點，對此，專家預測，到2017年，市場預期將突破1億元。
作為高端照明光源，OLED照明以平面發(fā)光的特點實現(xiàn)了極近自然光、超薄、可撓曲、任意形狀光源的優(yōu)點，是時下高品質環(huán)保光源的代名詞。作為照明行業(yè)最炙手可熱的技術之一，OLED照明自問世之日起便受到了業(yè)內外人士的強烈追捧。
OLED具有很好的光色性能，將很快進入照明領域。首爾研究機構預測到2020年OLED照明產(chǎn)值達47億美元，臺灣光電所預測2020年LED與OLED照明產(chǎn)值之比為3：1，另有專家預測為四分之一。
3、激光照明
激光照明有兩種不同的技術路線，即發(fā)白光的激光器和未來激光照明。美國亞利桑那大學研究一種納米厚度由鋅、鎘、硫、硒構成ZnCdSSe，確保晶體并存，納米薄片分成三部分，在光脈沖激發(fā)下可發(fā)R、G、B三基色的激光，混合成白光，可用于照明，也可用于光通信，光響應速率比普通LED快10～100倍。
諾獎獲得者中村修二多次表示，激光照明是未來照明的觀點。2016年6月25日，中村修二出席“2016中國·成都全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)交易會”時接受媒體采訪就曾經(jīng)大膽預測：未來十年，激光照明將會取代LED照明。
中村修二認為，就他所研究的領域來看，10年后，激光照明很可能會代替現(xiàn)在的LED照明。據(jù)中村修二介紹，一個激光燈能夠照亮100平方米的面積，因此激光照明的效率遠比LED照明要高。但由于激光照明目前價格太高，導致應用率不高，相信未來將會是一個大趨勢。
據(jù)了解，激光照明的效率是LED的上千倍，不僅能增加投射距離、提高安全性，同時體積更小、結構更緊湊，并能應用到多個廣泛層面當中去。由于該技術是采用半極性GaN激光管結合先進的熒光粉技術，其優(yōu)點是電流密度大，所需芯片面積更小、更節(jié)能、壽命長、方向性好等，但目前價位較高。另外，他還認為，多種不同技術路線的白光照明將長期共存。
4、鈣鈦礦發(fā)光技術
采用納米結構的鈣鈦礦，用于發(fā)光照明及光顯示，還可用于高性能電子器件，目前有三種技術路線。
1、金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光由英國劍橋大學卡文迪實驗室研究，這種材料含鉛、碳基離子和鹵素離子，易溶于普通溶劑，干燥后形成鈣鈦礦晶體，制備設備價格低、簡單、成本低，并提出鈣鈦礦LED五年內產(chǎn)業(yè)化。
2、有機鹵化物鈣鈦礦發(fā)光是無機有機混合物，生產(chǎn)快速簡單、成本低，在12V下，發(fā)光亮度達10000坎德拉/平方米，但性能不夠穩(wěn)定全無機鈣鈦礦量子點LED來自南京理工大學曾海波教授研究團隊。該QLED發(fā)可見光400～800nm，量子效率大于70%，綠光光效達90%以上，能實現(xiàn)RGB三基色等多色電致發(fā)光?？捎糜诎l(fā)光、各種顯示和激光顯示。
3、據(jù)報道，此前我國南京工業(yè)大學黃維院士和王建浦教授團領導的研究團隊經(jīng)過科技創(chuàng)新成功研制出了一種高效鈣鈦礦LED。其研制的高效鈣鈦礦LED含有有機—無機雜化鈣鈦礦材料，兼具有機和無機半導體材料的優(yōu)勢，具有兩大“利好”：
一是，通常無機LED發(fā)光管采取點式發(fā)光，不能做顯示屏，只有OLED才能做顯示屏，但鈣鈦礦LED有別于傳統(tǒng)無機LED，可以做顯示屏，且呈像色彩更為鮮艷。
二是，鈣鈦礦 LED應用在照明上優(yōu)勢也很明顯。
其一改傳統(tǒng)的LED室內照明點狀發(fā)光為面狀發(fā)光，使室內的光線不刺眼，更接近自然光，增加舒適度。傳統(tǒng)無機LED只能做小面積，但利用這項成果可以做成類似天花板大的面積，且較之傳統(tǒng)無機發(fā)光材料具有缺陷密度低、發(fā)光效率高、色純度好等優(yōu)勢。
研究團隊認為，目前OLED器件的效率低、穩(wěn)定性欠缺以及制造成本高等問題，限制了OLED拓展應用范圍，而高效鈣鈦礦LED工藝更為簡捷、能耗低、材料親和性強的特點，因此未來為其在發(fā)光領域開拓了新的研究方向，而高效鈣鈦礦LED產(chǎn)品一旦實現(xiàn)量產(chǎn)也將會擁有廣闊的市場空間。值得一提的是，這項科技創(chuàng)新成果也是目前為止鈣鈦礦LED器件外量子效率的產(chǎn)品，效率達到了11.7%。
5、黑磷發(fā)光技術
黑磷沒有石墨烯的缺點──石墨烯缺乏能隙（bandgap）而且與硅不相容;與硅的相容性可望促進硅光子元件(siliconphotonics)技術的發(fā)展，屆時各種芯片是以光而非電子來傳遞數(shù)字信號。率領該研究團隊的美國明尼蘇達大學教授MoLi表示：“我們首度證實了晶體黑磷光電探測器(photodetector)能被轉移到硅光子電路中，而且性能表現(xiàn)跟鍺（germanium）一樣好──這是光電探測器的黃金標準?！?br>
磷在自然界是一種具備高度活性反應的物質──這也是為何它們被用來制造火柴──不過將磷在烤箱中以精確的溫度烘烤后，它的顏色會變黑，不但性質變得非常穩(wěn)定，還轉變成一種純晶體型態(tài)，能剝離到硅基板上。明尼蘇達大學的研究人員使用20個單層(monolayer)的黑磷打造第一款元件證實其光學電路，據(jù)說可達到3Gbps的通訊速度。
黑磷超越石墨烯的最大優(yōu)點就在于擁有能隙，使其更容易進行光探測；而且其能隙是可通過在硅基板上堆疊的黑磷層數(shù)來做調節(jié)，使其能吸收可見光范圍以及通訊用紅外線范圍的波長。
此外因為黑磷是一種直接能隙（direct-band）半導體，也能將電子信號轉成光;Li表示：“我們的短期目標之一是制作黑磷電晶體，而長期目標則是在硅晶片中實現(xiàn)黑磷雷射元件。”
據(jù)悉，澳洲國立大學制成的單原子層狀磷烯，具有半導體性能，并有非常強的發(fā)光特性，可制作PV和LED。黑磷具有能隙，將它剝離并堆疊在硅基板上，可通過在硅基板上堆疊的磷層數(shù)來調整能隙，未來用于制作晶體管、傳感器、光探測、PV及LED等。黑磷具有潛在應用前景，全球有很多研究者。國內從事該研究的有中科院深圳先進技術所、深大、科大、復旦、上海應用數(shù)學所等。
6、二維半導體材料MX2
二維半導體MX2材料繼石墨烯之后成為高科技領域的新的研發(fā)熱點。由于這些材料具有獨特的晶格結構和特性，具有巨大潛在應用能力，倍受全世界研究者的重視。美國能源部（DOE）的勞倫斯伯克利國家實驗室報告了在光子激勵的MX2材料中首次實驗觀察到超快電荷轉移。
M一般是過渡族金屬元素，X一般是硫族元素。定量的瞬態(tài)吸收測量結果表明，MX2材料異質結結構的電荷轉移時間在50飛秒以下，與有機光電材料的最快時間記錄相當。MX2具有卓越的電學和光學性能，且其大面積合成技術快速發(fā)展，有望在未來獲得光子和光電應用。MX2由單層的過渡金屬原子，如鉬（Mo）或鎢（W）夾在兩層硫族元素原子如硫（S）之間。
由此產(chǎn)生的異質結構必然具有相對較弱的分子間吸引力（范德華力）。這些二維半導體具有與石墨烯相同的六角“蜂窩”的結構和超高速電導率;不同于石墨烯的是，它們具有天然的能帶。這有助于其在晶體管和其他電子設備中的應用。
7、鎢絲+納米光學晶體
麻省理工學院三位教授發(fā)表論文稱：鎢絲燈外置納米光學晶體，該晶體采用傳統(tǒng)淀積技術制備多層疊加在一個基板上，將光反射到燈絲，利用紅外熱又將燈絲發(fā)可見光全光譜，發(fā)光效率可達40%，還有更高的可能。原來的鎢絲燈或重返照明領域。
8、碳點發(fā)光技術
美國猶他大學兩位教授近期發(fā)布：采用玉米殘渣、面包渣等在高溫高壓的溶液中經(jīng)90分鐘加工形成碳源CDs，其中部分是碳量子點，尺寸小于20nm，將CDs懸浮在環(huán)氧樹脂中可形成LED，成為碳QLED。
其優(yōu)點是比硒化鎘量子點成本低，無毒無害，目標是利用廢棄物進行大規(guī)模生產(chǎn)這種碳QLED。
來源：汽車材料網(wǎng)。
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