經過十四年不懈探索，11月19日，新加坡國立大學（NUS）劉小鋼院士團隊攜手與來自黑龍江大學、清華大學深圳國際研究生院、香港城市大學的科研團隊，在國際頂尖期刊《Nature》發表重磅論文，成功實現鑭系納米晶高效電致發光。
這一突破不僅攻克了絕緣體難以導電發光的難題，更開闢了色彩可調、耐用發光技術的新路徑，印證了持之以恆的科研力量。
來源：Nature官網
教授團隊介紹
劉小鋼教授
新加坡國立大學化學系
來源：NUS官網
NUS 化學系資深教授，博士畢業於美國西北大學，並曾在麻省理工學院從事博士後研究。
研究方向涵蓋稀土摻雜光學納米材料、上轉換髮光、光子雪崩及生物光子學。
榮獲 2016 年新加坡總統科學獎和 2024 年英國皇家化學學會百年獎。
許輝博士
黑龍江大學教授
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黑龍江大學化學化工與材料學院院長，功能無機材料化學教育部重點實驗室常務專職副主任。
研究方向:膦基光電功能材料，主要開展功能磷化學相關的基礎和應用研究。
韓三陽博士
清華大學深圳國際研究生院副教授
來源：NUS官網
清華大學深圳國際研究生院副教授，博士生導師
研究方向包括發光探針的設計與開發、多模態成像技術、生物診療應用。
研究成果入選「2017年度中國稀土十大科技新聞」，榮獲「2021年中國光學十大進展提名獎」。
緣起：一個「讓石頭髮光」的大膽設想
時間回到2011年。
在新加坡國立大學化學系的一間實驗室里，幾位年輕的科研人員圍在老舊的光學平台旁，注視著螢幕上微弱閃爍的光點。他們的目標看似簡單——讓絕緣的鑭系納米晶在通電後發出明亮的光。
「那時電流幾乎引不起任何可測量的發光，但我們都被這個可能性深深吸引。那感覺就像在追逐一塊被禁錮在石頭裡的光。」國大化學系劉小鋼教授回憶道。
這個看似"不可能"的設想，成為了團隊此後十餘年堅持探索的起點。
突破：巧思設計，「借道」發光
來源：Nature官網
鑭系納米晶具有化學穩定性好、色純度高等優點，是理想的光學材料。然而，其絕緣特性卻像一堵高牆，阻礙了它在電致發光領域的應用。
團隊並未強行讓電流通過納米晶本身，而是創造性地在晶體表面包裹了一層特殊設計的有機半導體分子。
這些定製的配體如同高效的「分子信使」，在外加電場下率先捕獲電子和空穴，再通過精準的能量傳遞，將能量「注入」到納米晶內部的鑭系離子中，從而激發出明亮、穩定的光線。
成效：效率躍升76倍，色彩隨心而變
通過這一巧妙的「中介」策略，團隊解決了絕緣納米晶無法直接電致發光的核心難題。
·高效發光：光譜測試揭示了超快的自旋轉換和高達99%的三重態能量轉移，實現了對激子動力學前所未有的控制。最終器件的發光效率較早期版本提升了76倍。
·色彩可調：僅通過改變摻雜的鑭系元素，器件就能發出從綠色、暖白色到近紅外光等不同顏色的光，展現出強大的可調諧性。
堅持：十四年耕耘，照亮科研之路
從2011年那個微弱的光點，到今日《自然》雜誌上的突破性成果，這條路走了超過十四年。
「我們用超過14年的時間，讓一個絕緣體發光。今天我們看到的光，不僅來自設備，更來自多年的堅持、協作，以及我們始終相信的——只要深刻理解其能量景觀，即使是絕緣體也能閃耀。」Liu Xiaogang教授動情地分享道。
他補充說：「就我個人而言，我非常感激能參與這段漫長的旅程。看到一個想法歷經挫折，並通過團隊合作逐漸成形，是我職業生涯中最有意義的經歷之一。」
這項研究不僅展示了如何通過能帶工程巧妙地「撬開」絕緣材料的發光之門，更體現了持之以恆、協同創新的科研精神所蘊含的巨大能量。未來，這類高效、穩定的納米發光材料有望在顯示、通訊、生物成像等多個領域綻放異彩。
