如果你既喜欢烧饼也喜欢腊汁肉，把两种食材结合起来，来一份肉夹馍，口感或许更胜一筹。材料学也是如此。日前，加拿大多伦多大学的Edward H. Sargent 研究小组将两种热门的太阳能电池材料结合在了一起，制造出一种超高效发光晶体，为LED技术开创了新的研究平台。相关论文发表在7月15日出版的《自然》杂志上（Nature, 2015, DOI: 10.1038/nature14563）。 

　　在这项研究中，该研究小组将一种纳米发光胶体即一种量子点嵌入到钙钛矿中，形成了一种独特的混合晶体。钙钛矿材料可以通过溶液法来制备，允许电子在最小损耗的情况下快速移动，而量子点则能高效发光。两者强强结合，互利互补，实现了效率的最大化。 

　　论文第一作者、多伦多大学博士生龚希文（音译）说：“将两种当红的光电材料结合在一起是非常新颖的想法。我们希望能通过固态基质将它们无缝结合起来，以发挥它们各自的长处。” 

　　“当你试图将两种晶体混合起来的时候，开始往往不会很顺利，”参与此项研究的多伦多大学博士后理查德·卡明（Riccardo Comin）说，“我们必须找到一个新的策略，让它们‘忘记’分歧，形成独特的混合晶体结构。” 

　　量子点与钙钛矿晶体矩阵的无缝结合，图来源：Ella Marushchenko / University of Toronto 

　　要做到这一点，他们必须让两种晶体结构按照名为“异质外延”的方式进行生长。该团队设计出了一种方法，能让两种晶体结构在原子末端相连，从而保证它们能够顺利对齐，实现无缺陷的无缝结合。该论文的共同第一作者宁志军（音译）说，先在量子点周围构建纳米“脚手架”外壳，然后让钙钛矿沿着“脚手架”生长，两种材料果然完美地结合在了一起。 

　　最后，研究人员得到黑色、外延排列的“量子点-基体”混合晶体，量子点被包裹在钙钛矿“蜂巢”中间，这些钙钛矿材料能像漏斗一样将电子传递给内部的量子点，让其发光效率成倍提升。这种方式还避免了材料光谱重合可能导致的自吸收现象。 

　　透射电子显微镜和电子衍射测试表明，这种异质晶体最大达60 nm，其中包括至少20层量子点。异质晶体表现出优异的光电子性能。通过将钙钛矿基体的电学性质和量子点的高发光性结合，作者开辟了一种新的方法制备溶液加工的红外光电材料。 

　　研究人员称，这种超高效率LED技术，不但能用来照明、制造显示器和夜视仪，还能用来制造能识别手势的近场红外线发射装置和低成本薄膜太阳能电池，具有极为广泛的潜在应用价值。 

　　（综合科技日报、新材料在线报道）