揚帆正當時 砥礪譜新篇
——張晉教授及其團隊

云南大學

張晉（博士、教授），1983年由云南大學物理系畢業留校任教，1998年于四川大學獲輻射技術及應用專業博士學位，2000年3月至2001年8月在韓國國立全北大學做博士后，參與完成韓國科學與工程基金的重大項目“The Brain Korea 21 Projects”之一：“低維量子結構物理”的研究。近20年他主持完成國家自然科學基金項目“金微柵/碳量子點的制備及其光電性能研究” (11364045)、“新型有機發光器件中石墨烯界面的物理特性” (61067006)、“相干聲波的激發和調控”(10664006)、“硅表面金屬納米線自組裝研究” (60261004)以及云南省應用基礎研究計劃重大項目“高亮度碳量子點發光二極管器件及應用基礎研究”(2016FC001)、云南省科技創新強省計劃項目“碳纖維放電處理應用基礎研究” (2007A0017Z)等多項課題。現主持國家自然科學基金項目 “碳量子點發光二極管電致發光效率及調色機制研究”（11664044）和云南大學服務云南行動計劃項目“用豆腐廢水為碳源制作碳量子點及其應用研究” (2016MS14)課題。近年來，他致力于開發用食品工業廢水、廢渣、廢氣低成本生產碳量子點及發光油墨、發光涂料的應用技術；發明一種用豆腐廢水制作碳量子點的方法(專利號：201710036614.9)，一種用葡萄酒糟制備紅光碳量子點的方法(專利申請號：201910310571.8)和一種用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法(專利申請號：201910302322.4)等多項實用技術，已獲準專利權10項；在國內外核心學術期刊上發表論文30余篇。目前，張晉教授正在開發資源化利用糖廠的甘蔗渣燃燒煙塵低成本生產碳量子點發光材料的工藝技術以及零污染分離提純碳量子點的生產設備。該技術有望拓展應用于火電廠煙塵的處理，使之變廢為寶，減少環境污染。

高亮度石墨烯量子點發光二極管及應用基礎研究

石墨烯作為碳材料家族中的新成員，可以說是含著“金鑰匙”誕生的，尤其是在2010年諾貝爾物理學獎的光環加持下，近幾年全球的石墨烯產業發展可謂如火如荼。而石墨烯的碎片（≤10 nm）——石墨烯量子點(Graphene quantum dots，GQDs) 因其不但具有石墨烯比表面積大、載流子遷移率高、優異的機械靈活性、良好的熱化學穩定性以及環境友好等優越性能，還有熒光強、光穩定性和生物相容性好、無毒無污染等特點而成為碳材料家族中的新秀，展現出巨大的應用潛力，有望取代昂貴稀有的稀土熒光粉和有毒的半導體量子點應用于綠色照明及顯示領域，特別是GQDs寬發射特性使得GQDs 在白色發光二極管(WLEDs)的應用中更具優勢。

張晉教授帶領團隊研究了能發射紅、綠、藍三色熒光的石墨烯量子點可控制備技術；揭示了GQDs發光機制與熒光特性的關聯，設計并優化石墨烯量子點發光二極管（GQD-LEDs）的器件結構，探索出高亮度GQD-LEDs的制備技術；然后，研究GQD-LEDs器件中激子的形成、傳輸和復合機制，探索出GQD-LEDs器件的材料匹配規律，研制出高亮度GQD-LEDs器件，如圖1所示。

圖1 石墨烯量子點發光二極管器件（左）結構示意圖（中）

與傳統的發光二極管（LEDs）相比，GQDLEDs器件發射光譜涵蓋了整個可見光和紅外光區，而且光色飽和度和量子效率高、發熱低，理論上可以做到與理想光源一樣，更加接近自然光，并能有效地彌補LED燈發熱明顯、藍光過多影響人類健康的缺陷。與正在快速發展并商業化應用的有機發光二極管（organic light emitting diodes, OLEDs）相比，GQD-LEDs同樣具備OLEDs超薄、超輕、廣視角、自發光、高清晰、低能耗、生產成本低、可實現柔性顯示的優點，還能長時間保持畫質穩定，避免OLEDs制造過程中需要“陰罩”影響顯示精準度的問題，并且能解決有機材料的壽命、效率、色彩和最佳化制程條件等參數牽制的問題。此外，在同等畫質下，GQD-LEDs的節能性可達到OLEDs的兩倍，發光率將提升30～40%，同時還能達到與無機半導體材料一樣的穩定性和可靠性。因此，GQD-LEDs有望結合LEDs和OLEDs兩者的優勢而成為下一代顯示和照明的理想選擇。

項目組揭示了以生物質或有機原料脫水、碳化合成石墨烯量子點的機制；探索出利用果汁和食品工業廢水合成強熒光石墨烯量子點的方法及工藝；找到了用氮摻雜和修飾劑提高GQDs熒光量子效率以及制備紅、綠、藍三色石墨烯量子點的方法。團隊用豆腐廢水或檸檬汁制作石墨烯量子點的研究成果已在英國[Nanoscale Research Letters]期刊上發表；并用自制的石墨烯量子點作發光層制備出GQDLEDs，其亮度已達到1150-1160 cd/m2（考核指標為≥1000 cd/m2）。項目組石墨烯量子點的研究成果榮獲2017中國石墨烯應用創新創業大賽優秀獎；2018年獲第七屆中國創新創業大賽云南賽區暨第四屆云南省創新創業大賽的一等獎及第四屆云南省“互聯網”大學生創新創業大賽主賽道金獎。我們項目組關于“石墨烯量子點低成本生產及其應用技術研發”的工作榮獲2019年云南省創新創業大賽一等獎。