扬帆正当时 砥砺谱新篇——张晋教授及其团队

云南大学

张晋（博士、教授），1983年由云南大学物理系毕业留校任教，1998年于四川大学获辐射技术及应用专业博士学位，2000年3月至2001年8月在韩国国立全北大学做博士后，参与完成韩国科学与工程基金的重大项目“The Brain Korea 21 Projects”之一：“低维量子结构物理”的研究。近20年他主持完成国家自然科学基金项目“金微栅/碳量子点的制备及其光电性能研究” (11364045)、“新型有机发光器件中石墨烯界面的物理特性” (61067006)、“相干声波的激发和调控”(10664006)、“硅表面金属纳米线自组装研究” (60261004)以及云南省应用基础研究计划重大项目“高亮度碳量子点发光二极管器件及应用基础研究”(2016FC001)、云南省科技创新强省计划项目“碳纤维放电处理应用基础研究” (2007A0017Z)等多项课题。现主持国家自然科学基金项目 “碳量子点发光二极管电致发光效率及调色机制研究”（11664044）和云南大学服务云南行动计划项目“用豆腐废水为碳源制作碳量子点及其应用研究” (2016MS14)课题。近年来，他致力于开发用食品工业废水、废渣、废气低成本生产碳量子点及发光油墨、发光涂料的应用技术；发明一种用豆腐废水制作碳量子点的方法(专利号：201710036614.9)，一种用葡萄酒糟制备红光碳量子点的方法(专利申请号：201910310571.8)和一种用烟草废水制备多色荧光碳量子点的方法(专利申请号：201910302322.4)等多项实用技术，已获准专利权10项；在国内外核心学术期刊上发表论文30余篇。目前，张晋教授正在开发资源化利用糖厂的甘蔗渣燃烧烟尘低成本生产碳量子点发光材料的工艺技术以及零污染分离提纯碳量子点的生产设备。该技术有望拓展应用于火电厂烟尘的处理，使之变废为宝，减少环境污染。

高亮度石墨烯量子点发光二极管及应用基础研究

石墨烯作为碳材料家族中的新成员，可以说是含着“金钥匙”诞生的，尤其是在2010年诺贝尔物理学奖的光环加持下，近几年全球的石墨烯产业发展可谓如火如荼。而石墨烯的碎片（≤10 nm）——石墨烯量子点(Graphene quantum dots，GQDs) 因其不但具有石墨烯比表面积大、载流子迁移率高、优异的机械灵活性、良好的热化学稳定性以及环境友好等优越性能，还有荧光强、光稳定性和生物相容性好、无毒无污染等特点而成为碳材料家族中的新秀，展现出巨大的应用潜力，有望取代昂贵稀有的稀土荧光粉和有毒的半导体量子点应用于绿色照明及显示领域，特别是GQDs宽发射特性使得GQDs 在白色发光二极管(WLEDs)的应用中更具优势。

张晋教授带领团队研究了能发射红、绿、蓝三色荧光的石墨烯量子点可控制备技术；揭示了GQDs发光机制与荧光特性的关联，设计并优化石墨烯量子点发光二极管（GQD-LEDs）的器件结构，探索出高亮度GQD-LEDs的制备技术；然后，研究GQD-LEDs器件中激子的形成、传输和复合机制，探索出GQD-LEDs器件的材料匹配规律，研制出高亮度GQD-LEDs器件，如图1所示。

图1 石墨烯量子点发光二极管器件（左）结构示意图（中）

与传统的发光二极管（LEDs）相比，GQDLEDs器件发射光谱涵盖了整个可见光和红外光区，而且光色饱和度和量子效率高、发热低，理论上可以做到与理想光源一样，更加接近自然光，并能有效地弥补LED灯发热明显、蓝光过多影响人类健康的缺陷。与正在快速发展并商业化应用的有机发光二极管（organic light emitting diodes, OLEDs）相比，GQD-LEDs同样具备OLEDs超薄、超轻、广视角、自发光、高清晰、低能耗、生产成本低、可实现柔性显示的优点，还能长时间保持画质稳定，避免OLEDs制造过程中需要“阴罩”影响显示精准度的问题，并且能解决有机材料的寿命、效率、色彩和最佳化制程条件等参数牵制的问题。此外，在同等画质下，GQD-LEDs的节能性可达到OLEDs的两倍，发光率将提升30～40%，同时还能达到与无机半导体材料一样的稳定性和可靠性。因此，GQD-LEDs有望结合LEDs和OLEDs两者的优势而成为下一代显示和照明的理想选择。

项目组揭示了以生物质或有机原料脱水、碳化合成石墨烯量子点的机制；探索出利用果汁和食品工业废水合成强荧光石墨烯量子点的方法及工艺；找到了用氮掺杂和修饰剂提高GQDs荧光量子效率以及制备红、绿、蓝三色石墨烯量子点的方法。团队用豆腐废水或柠檬汁制作石墨烯量子点的研究成果已在英国[Nanoscale Research Letters]期刊上发表；并用自制的石墨烯量子点作发光层制备出GQDLEDs，其亮度已达到1150-1160 cd/m2（考核指标为≥1000 cd/m2）。项目组石墨烯量子点的研究成果荣获2017中国石墨烯应用创新创业大赛优秀奖；2018年获第七届中国创新创业大赛云南赛区暨第四届云南省创新创业大赛的一等奖及第四届云南省“互联网”大学生创新创业大赛主赛道金奖。我们项目组关于“石墨烯量子点低成本生产及其应用技术研发”的工作荣获2019年云南省创新创业大赛一等奖。