【中国光学滂湃号】《Light》记者 | 徐文、郝振东快播色片网

编者按

近期，纳米光电范围知名学者、吉林大学宋宏伟教师接收了《Light》特邀记者徐文（吉林大学电子科学与工程学院）、《Light》记者郝振东（中国科学院长春光学精密机械与物理猜测所Light学术出书中心）的专访。宋宏伟教师围绕稀土发光材料、光电子材料与器件应用猜测等方面话题进行了深远的解答，预测了纳米发光猜测将来的发展标的，共享了我方的切身经验和荒芜视力。

《Light》东谈主物是《Light: Science & Applications》发起的系列高端东谈主物访谈栏目。本期咱们很运道邀请到纳米发光与光电器件范围国度科技更正领军东谈主才——宋宏伟教师。本期的采访将为各人呈现一位敢为前锋、敢于冲破、龙马精神、幽默敬爱的学术界领军东谈主物的超卓风范。

宋宏伟 教师

吉林大学电子科学与工程学院/集成光电子国度重点并吞实验室教师、博士生导师；中科院BR筹谋（2000）、国度隆起后生基金取得者（2009）、吉林省第三批省管高等人人（2011）、领衔的“微纳信息材料与器件更正团队”入选国度重点范围更正团队(2017)。现担任中国颗粒学会发光专科委员会副主任、中国物理学会发光分会委员、中国稀土学会发光专科委员会委员，是Nanomaterials、Journal of Nanosciences and Reports、Scientific Report、Current Chinese Science、《发光学报》等学术期刊的编委，以及高等学校优秀科研效能奖、国度天然科学奖的会评人人。主要从事稀土发光材料、光电子材料与器件猜测；代表性效能：初次终明晰钙钛矿纳米晶中稀土离子的掺杂，取得了量子效能接近200%的量子剪裁发光材料，并将该材料动作荧光调节层应用于晶硅电板，使电板的光电调节效能提高3-4个百分点，相对参考器件效能提高20%，经Science亮点报谈，被评价为频年来最清脆东谈主心的责任之一。迄今在Advanced Material， Advanced Energy Material， Nano Letters， Light: Science and Applications等外洋广阔学术期刊发表SCI论文360余篇，撰写英文专著2章，累计SCI他引10000屡次，H因子60，2014-2020年邻接入选中国高被引学者榜单。获国度天然科学二等奖、吉林省天然科学一等奖、吉林省科技跳跃一等奖、高等学校优秀科研效能天然科学二等奖等学术奖励。

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《Light》特邀记者徐文：宋教师，您2000年归国后到中国科学院长春光学精密机械与物理猜测所（以下简称长光所）责任，并建树猜测团队，从事稀土纳米发光材料的基础物理问题猜测。2007年您回到母校吉林大学电子学院责任，标的回荡到以纳米发光和光电器件猜测为主。请教是什么原因让您领有了这样一条荒芜的学术轨迹？哪些身分对您的斟顶多位和学术标的产生了广阔影响？

宋宏伟：学术转型既要研究学术微环境的变化，也要兼顾大环境的发展趋势。起头，就我我方个东谈主而言，要适合学术环境的变化。我在长光所责任时的部门是中科院引发态物理重点实验室（现为发光学及应用国度重点实验室），我的猜测标的一直是实验室的“正宗”与“主流”。来到吉林大学后，我地方的实验室是集成光电子国度重点实验室，其学术定位与以往的实验室有了本质不同，是以挽回学术标的是适合新的学术环境的势必遴荐。这就好比一个球员转会到了一个新的球队，如果不改变格调去适合新的战术体系，就会有从主力球员耽溺为板凳球员的风险。另一方面，我所一直从事的稀土发光与光谱学猜测肇端于上世纪60年代，是一门有点儿陈腐的学科，我一直将其譬如为一个古典的好意思女，好意思则好意思矣，然则脸上却泄露了多少沧桑。举个例子，在上个世纪CRT和PDP炫耀技艺一直占据炫耀范围的主要塞位，但到了本世纪，随着液晶炫耀的应承，其迟缓退出了历史舞台，与之相对应的稀土CRT/PDP荧光材料，自关系词然就失去了原有的商场。如果我在猜测中固守郊外，那无异于骑着高头大马、持着蛇矛挑战风车的唐吉诃德。经过几代东谈主的神勇，吉林大学电子学院在光电子器件猜测方面形成了传统上风，如有机电致发光器件、GaN半导体发光器件等。在我布局与筹谋学术标的的时候，既要研究我方团队的学问布景与猜测基础，又要研究经受电子学院的精华为我所学、为我所用，同期也要研究与其已有标的的各异与互补。抽象这些身分，我把我方团队的学术标的定位为基于稀土掺杂的新式纳米半导体（如钙钛矿）发光和光电器件。

宋宏伟教师在实验室陶冶学生

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《Light》特邀记者徐文: 铅卤化物钙钛矿材料最近成为光电范围的明星材料。2017年，您在外洋上最早报谈了稀土掺杂的铅卤化物钙钛矿发光材料，惩处了施行的量子剪裁发光材料效能低和招揽扫数小的难题；您进一步将其用于提高太阳能电板效能，并冲破了效能擢升的最高纪录【Ref. 1-2】，在国表里引起了很大反响。您那时为什么会料想这样一个课题？您对这个材料将来的发展有哪些守望，下一步猜测会面对哪些挑战呢？

宋宏伟：量子剪裁发光是上世纪70年代无情的一个物理见地，它是指在高能光子引发下，发光物资由高能态经由中间态（不错是实的也不错是虚的能态）级联辐射两个光子的非线性发光历程，表面上的发光量子效能不错达到200%。起头的猜测驱能源主要来自寻找高效能的无汞荧光照明材料和PDP炫耀材料，上世纪90年代有科学家无情将量子剪裁发光（主如果Yb3+的988 nm发光）应用于晶硅电板，提高其光电调节效能，这一范围的猜测一直继续到新世纪。然则以往的猜测一直莫得发现一种不错实用化的欲望材料，其主要原因便是东谈主们一直企图欺骗稀土离子间的能量传递历程（如Pr3+与Yb3+，Tb3+与Yb3+）来终了这一指标， 而这会受到稀土离子4f-4f跃迁招揽截面小和谱带窄的制约。我在2013-2014年间也安排了1名博士生进行NaYF4基质中Tm3+-Yb3+以及Er3+-Yb3+间量子剪裁发光的猜测，但我很快就意志到问题，主动撤出了阵脚，因为我那时莫得找到惩处问题的策略。咱们在2017年终明晰CsPbCl3量子点中稀土离子的掺杂，虚浮嗅觉其招揽截面高，声子能量低，能带又基本与Yb3+匹配（7F5/2-7F7/2跃迁能量的2倍以上），莫非找到了真命皇帝？于是我让那时的博士猜测生周东磊去尝试，这一试尽然告捷了。咱们所发明的这种材料，不错将紫外到蓝光区域（300-450 nm）的光子高效地调节到晶硅电板的欲望反应区域，告捷幸免了热效应所变成的电板能量亏损，可使电板光电调节效能相对提高20%，远远超越其它的荧光调节技艺，堪与叠层电板技艺相忘形，而其才智更为苟简低价，颇具实用性。正如步咱们后尘进行有关猜测的好意思国华盛顿大学Gamelin教师在Science（2019. 4. 22）的专评中所说：“For solar energy conversion， this combination of materials is almost exactly what you want”。正因为如斯，钙钛矿猜测范围的巨擘科学家斯坦福大学McGehee 教师评叙述：“This is one of the most exciting results I’ve seen in a long time”。我个东谈主认为，这样一种近乎竣工的荧光调节材料与技艺，如果被埋没在实验室里弃之无须口舌常可惜的。我在这里敕令这一猜测要引起国内务府、本钱和光伏产业界的顾惜，在多方共同神勇下尽快将其推向产业化。如果不具备这样的政策目光，天然咱们是原创，也会渐渐被好意思国超越 (Gamelin猜测组从追踪咱们的收尾到引起好意思国粹界商界驻防，再到获奖、获基金资助乃至注册公司，只用了短短1年半的时期）。如果说挑战，这便是咱们面前所面对的最大挑战。天然，咱们在产业化的谈路上，还会面对奈何惩处材料默契性，奈何终了大范畴、大面积和低成本制备等问题，但这些不外是前进谈路中的一些踏脚石汉典。

宋宏伟教师在学术会议上作学术回报

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《Light》特邀记者徐文: 您2020岁首次在钙钛矿纳米晶中终明晰稀土离子电致发光【Ref . 3】。您认为钙钛矿纳米晶中的稀土电致发光将来的远景奈何，会在哪些行业范围脱颖而出？又会面对哪些用功？

宋宏伟：畴昔一直有不雅点认为，稀土离子不太合适被用于电致发光材料中。这其中最主要的原因是稀土离子的发光主要来自4f-4f跃迁，自愿辐射速度小，发光寿命长。在电场作用下，由于注入的载流子与晶格间的握住碰撞，会导致材料的非辐射跃迁历程加重，从而引起稀土离子的发光猝灭。2020年，咱们以CsPbCl3:Sm3+量子点为发光层，选定一种反型结构，初步终明晰钙钛矿中稀土离子Sm3+的电致发光，且其发光样貌不错由红光到白光进行有用调控。这一责任的径直收尾是为量子点LED（QLED）照明与炫耀范围提供了新的通过掺杂取得不同样貌和默契发光的想维。研究到稀土离子具有丰富的跃迁，尤其是近红外与中红外区域的跃迁，如Er3+，Tm3+，Pr3+等，是钙钛矿实质材料所难以企及的，而这些辐射波长碰劲在光通信窗口，如果能终了存效的电致发光，无疑会产生十分广阔的应用价值。钙钛矿掺杂稀土材料的电致发光，面前还面对两大用功：第一个用功便是钙钛矿材料电致发光的共性问题——默契性问题，尤其是惩处在电场作用下的离子移动所引起的器件失效问题，是一个巨大的挑战。第二个用功便是稀土离子特有的辐射跃迁速度低的问题。事实上咱们来转头一下比QLED发光发展更早的有机电致发光的发展历史，咱们不难发当今早期责任中，稀土合作物和贵金属合作物材料的电致发光猜测是并驾王人驱的，致使稀土合作物电致发光更受爱重， 因为其辐射谱线更窄，具有更高的炫耀色纯度。然则因为其辐射跃迁速度低的问题，使得其在发光效能、亮度等方面渐渐与贵金属合作物拉开了差距。在稀土掺杂钙钛矿材料的电致发光中，这一问题亦然仍然存在且退却忽视的。那么奈何惩处这一问题呢？事实上，近10多年来名义等离子体物理与微腔结构设想制备等范围的猜测取得了赶快的发展，咱们不错借助这方面的效能，通过局域光场调控来提高稀土离子的辐射跃迁速度，从而惩处其本身辐射跃迁速度低和电场作用下荧光猝灭的问题。

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《Light》特邀记者徐文: 您在2014年傍边从稀土发光猜测转到钙钛矿太阳能电板猜测，短短几年间在有关范围发表了多篇分量级论文，尤其是在惩处钙钛矿太阳能电板默契性、光谱扩展方面作念了多数的原创性责任【Ref. 4-6】。您认为通过掺杂、光谱调节和有机无机的异质联结等才智能为材料和器件带来哪些荒芜的上风？要终了实用化或产业化，还存在哪些猜测适度或技艺瓶颈？

宋宏伟：截止到2020年12月，经过认证的单结钙钛矿太阳能电板的最好光电调节效能还是达到25.4%， 而钙钛矿与单晶硅叠层电板的效能还是卓绝了29%，取得了赶快的发展。当今，制约钙钛矿产业化的首要问题还是不是光电调节效能问题，而是钙钛矿电板的万古默契性问题和制备与使用成本问题。因为钙钛矿材料在水、氧以及紫外光照等要求下存在严重的降解，使器件的使用寿命受到了很大的适度。本年的国度科技部重点专项筹谋相沿了10000小时使用寿命的钙钛矿太阳能电板猜测筹谋，可见惩处使用寿命问题关于施行应用是何等的进军和广阔。以往咱们在惩处钙钛矿电板寿命问题方面的猜测主要连合在如下3个方面：一是通过荧光调节的才智把太阳能谱中的紫外光调节成可见光，提高太阳能电板的光照默契性，二是欺骗稀土离子和过渡金属掺杂等技能，提高钙钛矿材料的容忍因子与结构默契性，三是在钙钛矿电板中通过载流子修饰层的设想引入输水结构，以提高器件的抗水性能。迄今为止，咱们所报谈的电板光电调节效能为22.16%，万古使用寿命可达到 5000小时。在提高钙钛矿电板光电调节效能的猜测方面，咱们一直悉力于于通过拓展其光谱反应范围到红外区域来终了这一指标，一种才智是欺骗荧光上调节将传统钙钛矿材料难于欺骗的红外光调节为可见光，再被钙钛矿电板欺骗，然则这种才智受上调节材料发光效能与招揽截面的适度，面前只可在聚光电板中得以终了。另外一种才智是在钙钛矿电板中，引入具有红外反应的有机异质结，拓展光谱反应范围。面前，咱们不错将这种叠层电板的光谱范围拓展到950 nm， 光电调节效能作念到21.55%。这天然达到了面前p-i-n型电板猜测的最好水平，然则受诸多身分的适度，还不是一个欲望的收尾。欲望的收尾至少要卓绝单结钙钛矿电板的效能。应该说，这种电板的理念是先进的，然则前进的路子之中还有好多问题需要惩处。在将来，钙钛矿与有机异质结的叠层结构很有可能是除硅与钙钛矿叠层电板以外的另一种十分广阔的叠层电板，因为其不仅可能冲破钙钛矿单结电板的效能极限，还能在柔性与可一稔器件等方面具有权贵上风。

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《Light》记者郝振东: 宋敦朴，您多年来一直在猜测局域光场调控上调节发光的责任，尤其是2020年您发表在《Light》的责任中【Ref. 7】欺骗级联效应使得稀土上调节发光提高了四个数目级；通过上调节纳米晶的核壳结构设想以及进一步与钙钛矿联结终明晰多波长的窄带近红外探伤；领受频率调制引发终明晰波长的遴荐性探伤等。这种设想和调控策略不错延伸到其它稀土发光体系吗？您认为新式稀土发光与钙钛矿复合器件能为开导遴荐性窄带光电探伤材料提供哪些新想路，带来哪些新机遇呢？

宋宏伟：稀土离子具有丰富的种类、丰富的能级、并产生了丰富的跃迁，从深紫外区域一直到中红外区域。事实上，欺骗稀土离子与钙钛矿等半导体光电材料的耦合，在光电探伤方面可能产生好多出东谈主料想的收尾。比如，利器具有4f-5d跃迁的稀土离子如Ce3+，Pr3+以及Eu2+与钙钛矿等半导体材料在高能态的耦合，不错发展新的具有超强的日盲区深紫外探伤能力乃至超强的高能射线探伤能力的光电探伤器或者高能能干体探伤器；欺骗一些稀土离子丰富的红外跃迁以过火与一些新兴光电材料的耦合（如Er3+，Ho3+，Tm3+等），也不错研发出许多新式的荒谬波段窄谱带红外光电探伤器，在军事与国注重围产生广阔应用。稀土是我国广阔的政策资源，亦然咱们广阔的猜测宝库。随着传统猜测范围的富裕及信息期间的降临，将来稀土猜测与应用开导的要点，很有可能从传统的磁学、光学范围迟缓转向光电范围。在此，但愿咱们后生一代的稀土猜测者收拢机遇，走出固化想维，勇敢前行，向未知的范围进军。

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《Light》记者郝振东: 宋敦朴，您能联结您的猜测经验向后生学者们共享一下奈何才能成为又名优秀的猜测者吗？

宋宏伟：这是一个各执己见、智者见智的问题。起头我要说，我是一个“随着嗅觉走”的东谈主，大学时的意思意思爱好是写诗和棋战，学习收获中游汉典，是以我合计就我方的经验而言，随机对后生东谈主具有广宽性的参考价值。在此我孤高共享几点精神层面的东西：东谈主的一世是一个漫长的旅程，科学猜测之路亦然相似的。好多时候，咱们走着走着，心就乱了，脚步也乱了。是以我说，要成为又名优秀的猜测者，首要的便是要“宝石”：宝石学习新的学问，宝石一颗懵懂的好奇心。智利诗东谈主聂鲁达说：“我始终在沙岸上行走，在土壤和泡沫的中间，天然高涨会抹去我的踪影，波涛也会把泡沫吹走，关系词我的心，始终与海洋和沙岸同在。”咱们猜测者的心，便是要始终与科学同在。其次，动作又名优秀的猜测者，要有总共的自信。咱们的古东谈主李白说：“天生我才必有用”，“仰天大笑外出去，我辈岂是蓬蒿东谈主”。咱们的诗东谈主北岛说：“告诉你，天下，我不信服，纵使我的眼下有一千名挑战者，那我就作念第一千零一个”。科学家牛顿说：“给我一个杠杆， 我将撬动通盘地球”，但愿咱们的后生学者们，时刻信服我方，信服我方约略创造科学与技艺的伟大名胜。终末，正途无形，大音希声，一切天然之司法，皆是荫藏在暗澹与暗影之中的，犹如暗物资。是以动作又名优秀的猜测者，还要展开想想的翅膀，正如戴望舒先生在诗中所写的：“我想想，闾阎是蝴蝶，万年后小花的轻呼，透过无梦无醒的潸潸，来动荡我斑斓的羽翼”。

活命中的宋宏伟教师

特邀记者先容

徐文，吉林大学电子科学与工程学院副教师， 博士生导师；2009年吉林大学本科毕业，2014年于吉林大学取得博士学位，2015-2016年南洋理工大学博士后，2016-2018东京工业大学JSPS博士后猜测员。面前主要从事稀土掺杂纳米材料的发光调控及光电器件应用猜测。承担国度天然科学基金和省部级形势多项，获吉林省天然科学一等奖，受邀在外洋国内会议上作念邀请回报20余次。以第一/通信作家在Adv. Mater.， Light: Sci & Appl.， Nano Lett .， Angew. Chem.， Nano Today， Adv. Funct. Mater.， ACS Nano.， Nano Energy等学术期刊发表SCI论文60篇，其中IF>10.0论文20余篇，总援用4000余次；恳求/授权国度发明专利8项。

郝振东，博士，猜测员，博导。2019年调任Light中心副总编、《发光学报》扩充主编和《Light：Science & Applications》科学剪辑，启动专职从事科技期刊剪辑责任。领有15年稀土发光材料与器件猜测经验，动作形势认真东谈主先后承担了国度天然科学基金4项、吉林省科技厅基金形势3项以及中科院院长优秀奖、中科院后生更正促进会、吉林省更正领军团队等多项东谈主才形势。发表SCI论文120余篇快播色片网，他引3200余次，H-index 30；授权国度发明专利20余件；曾获2010年度吉林省科技跳跃一等奖（排行第三）。

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