南京理工大學曾海波教授團隊主要從事低維半導體材料與光電（顯示、探測、隱身、能源）器件研究。
前期，該團隊在氧化鋅藍色發光缺陷機制(AFM 2010, 20, 561，引用1300次)、鈣鈦礦量子點室溫析晶合成方法(AFM 2016, 26, 2435，引用1200次)、鈣鈦礦量子點QLED最早建立(AM 2015, 27, 7162，引用1600次)、銻烯砷烯理論預測(Angew 2015, 54, 3112，引用1100次)等方面做出了重要創新性貢獻。
近期，該團隊聚焦於發光領域兩方面關鍵問題研究。一是面向超高畫質柔性顯示需求，如何解決鈣鈦礦量子點及QLED發光效率及可靠性“卡脖子”問題，團隊持續開展原子結構及表介面結構設計、載流子動力學、光電熱能量管理及墨水印刷流變學系統研究。二是以“智慧資訊互動”未來發光技術為牽引，如何基於發現的發光新規律發展新功能器件，團隊致力於開拓探索基於發光的可穿戴光通訊LiFi、深空射線感知與能源轉換、超薄智慧化白光LED等等。
1. Nature Photonics：鈣鈦礦量子點超薄單層白光QLED
當前的白光電光源正經歷著傳統藍光LED背光型向縱向疊層（O/QLED）和橫向微陣列(Micro LED)等新一代技術演進過程。然而，這些技術從本質上存在如何實現多顏色發光中心共同電致發光，以及載流子如何在多顏色發光中心均衡分配的關鍵性問題。鑑於鈣鈦礦近年來所展示出的優異表現，本文提出了一種新型的鈣鈦礦白光電致發光機制：基於鈣鈦礦結構相變誘導的“相變協同光電效應”。在以往的研究中，鈣鈦礦CsPbI3通常表現出兩種效能迥異的相：具有優異光學活性的黑相α-CsPbI3和非光學活性的黃相δ-CsPbI3。在實驗中偶然發現，黑相和黃相共存時，會引發兩相之間的光電協同效應。具體表現為具有良好載流子輸運效能的α-CsPbI3會輔助δ-CsPbI3進行載流子的傳輸，最終發射出寬光譜光，而α-CsPbI3本徵的紅光發射又很好地補充了δ-CsPbI3寬光譜的紅光缺失部分，最終實現明亮高效的單層電致白光。經過系統完善的探索，透過精確設計兩相比例，實現了載流子的可調分配，並最終實現輸出可調的高效電致白光，外量子效率達6.5%，最大亮度為12200cd m-2。這一“鈣鈦礦高效電致白光”新思路有望促進新一代照明顯示白光電光源的發展，既促進對低成本、高效能等傳統特徵白光LED的研發，又促進對立體、透明、柔性照明顯示等新一代白光電光源的探索，將在鈣鈦礦與照明顯示交叉領域引起新一波研究熱潮。
文獻連結: Efficient white light-emitting diodes based on α-/δ-CsPbI3 hetero-phase emitter. (Nature Photonics, 2020. DOI: 10.1038/s41566-020-00743-1.)
https://www.nature.com/articles/s41566-020-00743-1
2. Nature Communications：鈣鈦礦量子點QLED雙面鈍化
鹵素鈣鈦礦具有接近100％的光致發光效率（PLQYs）和窄的發光峰半高寬（FWHM）（約20 nm），從而成為極具潛力的新一代高畫質柔性發光顯示材料。對於鈣鈦礦而言，其量子點發光二極體（QLEDs）在外量子效率（EQE）上的表現低於鈣鈦礦薄膜LEDs。因此，迫切需要發展有效策略提升鈣鈦礦QLED的效率及穩定性。
通常而言，量子點薄膜高效的激子複合對於高效能QLEDs至關重要。高效率發光鈣鈦礦QD薄膜取決於QD材料和薄膜結構的質量。雖然報道了許多的最佳化手段，但是這些方法都集中在膠體QD的改進上，而忽略了成膜過程給QD帶來的破壞。已有的研究工作僅集中在鈣鈦礦薄膜的表面上，很少有報道雙面鈍化的重要性。然而，在實際的光電器件中，鈣鈦礦層位於夾層結構的中心，QD薄膜的頂面和底面都可能面臨介面不完美的問題，即缺陷和其它沉積材料會影響內部的載流子行為。因此，鈣鈦礦QD薄膜兩側的介面處理有望為提升器件的效率和穩定性提供一個新思路。本文在QD薄膜頂部和底部的介面上都引入了一層有機分子，以降低缺陷密度並抑制非輻射覆合。透過瞬態光電流測量、SCLC和DLCP方法，弄清了QD薄膜缺陷的減少。鈍化的QD薄膜表現出高的激子複合特徵，PLQY為79％，相應的LED具有高的光電轉換效率，EQE為18.7％。同時，鈍化方法使QD材料和LEDs表現出更高的穩定性。基於TSPO1鈍化QD薄膜的QLEDs的T50工作壽命為15.8 h，比控制器件長20倍。本文所提出的雙向鈍化策略可以廣泛地應用於其它型別的鈣鈦礦材料，以及包括太陽能電池等在內的其它光電器件。
文獻連結: A bilateral interfacial passivation strategy promoting efficiency and stability of perovskite quantum dot light-emitting diodes. (Nature communications, 2020, 11(1): 3902.)
https://www.nature.com/articles/s41467-020-17633-3
3. Light：鈣鈦礦量子點光發射-光探測一體化可穿戴光通訊
在萬物互聯（物聯網，Internet of Things）的大背景下，人類之間的資訊互動、物聯網終端的互通連線都需要高速的無線通訊手段。可見光通訊技術（LiFi, Light Fidelity），透過對光源進行調製來發送資料，具備資料傳輸速率高、頻譜豐富、無電磁輻射和高保密性等優點，應用前景不可估量。可穿戴裝置作為物聯網的重要組成部分之一，是實現人與世界互聯的紐帶、更是未來智慧生活的基石，因此，而開發新型可穿戴的LiFi裝置具有深遠意義。
鈣鈦礦材料具備高的發光效率、優異的發光品質、高的載流子遷移率，在發光及探測領域受到了廣泛研究。但是量子點墨水通常採用低表面張力的非極性溶劑，這注定了其在纖維基底表面高度動態的成膜特性，無疑限制了纖維狀光電器件的製備。本文設計了一種雜化的鈣鈦礦量子點墨水，透過改善毛細管力實現了纖維基底上超平滑鈣鈦礦量子點薄膜的構築。利用鈣鈦礦量子點本身優異的光電效能，解決了載流子分離和複合之間的矛盾過程，進一步製備了發光-探測雙功能的可穿戴纖維LiFi器件，並實現了探測+資料傳送同時進行的全雙工的纖維LiFi器件。低成本、溶液法制備的全雙工鈣鈦礦量子點基纖維器件在新型顯示、可穿戴裝置領域具有廣闊的應用前景。此外，高效能雙功能纖維器件的構築、高密度雙工纖維器件的整合、基於雙工纖維的可互動顯示織物的構築、器件穩定性的提升、更多功能的整合，都是該型器件走向應用路上必須要結決的問題，有待於進一步研究。
文獻連結: Perovskite light-emitting/detecting bifunctional fibres for wearable LiFi communication. (Light: Science & Applications, 2020, 9(1): 163)
https://www.nature.com/articles/s41377-020-00402-8
4. AFM：鈣鈦礦藍光LED中的2D/3D能量級聯效應
鈣鈦礦作為一種新興的半導體材料，為高畫質晰度顯示和固態照明提供了一個全新的發展機遇。綠光、紅光和近紅外光波段鈣鈦礦發光二極體（PeLEDs）的效率已經實現了里程碑式的發展。然而，藍光PeLEDs在效能上還遠遠落後，制約了其在實際應用中的發展。本文透過引入氫溴酸胍（GABr）輔助2D/3D鈣鈦礦的生成，提出了一種簡便實現2D/3D能量級聯通道的策略，大大提高了藍光PeLEDs的效率。器件（發射峰值492 nm）的外部量子效率（EQE）從1.5%提升至8.2%。同時，裝置在環境條件下也展現出了更好的工作穩定性和顏色穩定性。這項工作以鈣鈦礦相調控為出發點，為進一步瞭解2D/3D鈣鈦礦的結構和發射特性奠定了基礎，為高效鈣鈦礦發光器件的構築提供了技術支撐。
文獻連結: Efficient Blue Perovskite Light-Emitting Diodes Boosted by 2D/3D Energy Cascade Channels (Adv. Funct. Mater., 2020: 2001732)
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202001732
5. Matter：水溶性鈣鈦礦量子點熒光免疫檢測方法學
在及時檢測（POC test）中，定量的熒光免疫檢測是一種重要且有用的檢測方法，覆蓋食品安全、臨床醫療、環境檢測等多個領域。多年來，熒光免疫檢測中關鍵的標記材料雖經過充分發展，在延續了高發光效率的基礎上，發光半峰寬也得到了明顯縮減，卻依然難以跨越30nm的門檻，不能實現多目標檢測應用。近年來在光電領域大熱的鈣鈦礦材料，兼具窄發光、高產率、易製備的優勢，是十分有潛力的多目標檢測熒游標記材料。但要滿足免疫檢測的需求，須保證其儲存穩定性，並能在水溶液中較好的分散，而這正是鈣鈦礦材料當前發展的瓶頸——恐水、易解離。本文開發了一種新型熒游標記材料——鈣鈦礦奈米晶，併成功構建了可用於POC test、普適的、定量免疫檢測方法。透過對鈣鈦礦的表面功能化解決了其穩定性及水分散難題，實現了3.4 mg/mL的分散度。並基於靜電吸附原理構築了普適多種被檢物的熒光探針，建立了相應的標準曲線，實現了以AFM1和CEA為例的定量免疫分析。該研究工作提供了一種超窄發光、高效的熒光探針，大大縮短了鈣鈦礦材料與生物領域應用的距離，為將來的多目標免疫檢測奠定了堅實基礎，促進POC test的應用發展。
文獻連結: Perovskite nanocrystal fluorescence-linked immunosorbent assay methodology for sensitive point-of-care biologic test. （Matter 2020, 3 (1): 273-286.）
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S259023852030237X
6. Nature Communications：鈣鈦礦β射線發光與成像
有機-無機雜化金屬鹵化物鈣鈦礦作為一種新型的半導體家族受到了廣泛的關注，這種材料具有豐富的組分可調性和出色的光學特性，例如高量子產率（QY），可調節的帶隙和高色純度。近來，全球範圍內幾個科研團隊提出可以將鹵化物鈣鈦礦以光電導探測器或閃爍體的形式應用於X射線和γ射線探測。進一步的研究還證實，鹵化物鈣鈦礦對這些高能射線非常穩定，從而使電離輻射檢測成為鹵化物鈣鈦礦的殺手級應用。值得注意的是，優越的光電效能也為鹵化物鈣鈦礦在β射線探測中的應用提供了可能。本文提出了一種基於二維金屬鹵化物鈣鈦礦的β射線閃爍體，該二維金屬鹵化物鈣鈦礦材料做了兩方面調控，主要的調控手段包括以下兩點：
（1）在鈣鈦礦結構中引入了由輕元素組成的有機組分，有機組分的介入能有效提高二維鈣鈦礦對β粒子的俘獲效率，從而提高對β射線的閃爍響應。
（2）錳元素（Mn）作為熒光下轉化中心被摻入二維鹵化物鈣鈦礦中，從而提高了熒光效率。
該二維鹵化物鈣鈦礦展現出良好的耐輻射性和耐熱性，並且展現出高效的閃爍響應、低探測下限和弱餘暉效應。同時，所選擇的二維鹵化物鈣鈦礦體系克服了典型鹵化物鈣鈦礦材料的水不穩定性，甚至可以直接透過水相合成方法制備。該工作首次將二維鹵化物鈣鈦礦應用於β射線探測，對於促進發展新型β射線探測技術具有一定的積極意義。
文獻連結: Two-dimensional halide perovskite as β-ray scintillator for nuclear radiation monitoring. （Nature Communications 2020, 11(1), 3395.）
https://www.nature.com/articles/s41467-020-17114-7
7. ACS Nano：CsPbBr3@Cs4PbBr6 Emitter-in-Host輻射發光
X射線被廣泛應用於探測人眼無法看見的情況，例如放射診斷、無損傷的測試、安檢以及核防護。其中，較為常見的手段是利用閃爍體將高能射線下轉換為可見光，並透過對這些可見光的探測分析，實現X射線的探測。目前商用的閃爍體主要是利用低壓氣相沉積的薄膜或者高溫高壓提拉法制備的單晶，不僅工藝成本高，且其穩定性較差、光學效能也一般。儘管將稀土元素摻雜進穩定單晶框架中是一個提高穩定性的方法，但是在長期輻射下，團聚和非輻射覆合等原因造成的光學效能降低，依然大大的影響了X射線探測的可靠性。因此，如何獲得一個光學效能優異並且在輻射下穩定服役的閃爍體依然是一個很大的挑戰。
最近，鹵素鈣鈦礦量子由於其優異的光學效能和組分優勢（含重元素Pb）被認為是X射線探測閃爍體的一支潛力股。但是，不僅環境中的水汽、氧氣和光照會造成鈣鈦礦量子點本徵材料的退化，鈣鈦礦量子點還經受著團聚和相變等造成的光學效能的退化。如何在維持高的光學效能的同時保證輻射下的穩定性依然是努力方向。本文瞄準商業化閃爍體的設計原則（高效閃爍體嵌於穩定單晶框架內），設計了一種用於X射線探測的CsPbBr3@Cs4PbBr6鈣鈦礦閃爍體。將CsPbBr3量子點嵌入對綠色熒光光學透明Cs4PbBr6母體中，在保證了有效的熒光輸出的同時，不僅增加了X射線衰減也大幅度提高了CsPbBr3量子點在輻射下的穩定性，確保了X射線探測的高效率和可靠性。
文獻連結: Shining Emitter in a Stable Host: Design of Halide Perovskite Scintillators for X-ray Imaging from Commercial Concept. (ACS Nano 2020, 14, 5183−5193.)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b06114
8. ACS Nano：鈣鈦礦奈米線交叉融合介面及光探測
與單個奈米線(NW)或NW陣列相比，NW網路(NWN)的製備工藝更簡單，可用於大規模、靈活和可穿戴的光電探測器(PDs)的製備。然而，NWN之間存在許多微介面(MIs)，嚴重限制了器件的效能和穩定性。曾海波教授團隊聯合湖北大學物理與電子科學學院的王浩教授、周海副教授團隊演示了一種MAPbI3 NWN的焊接策略，該策略增強了NWN的結晶度，並增強了光生載流子的徑向傳輸，從而在超高的器件效能中獲得了更好更穩定的器件效能。使用焊接策略構築的NWN PDs顯示出超高效能的開/關率（2.8×104）和探測能力（4.16×1012 Jones）,這是當時金屬半導體(MSM)鈣鈦礦NWN PDs報告中的最佳效能，與單NW PDs或NW陣列PDs相媲美。更重要的是，未封裝的NWN PDs在溼度為55 - 65%的空氣中表現出超高的儲存穩定性，柔性NWN PDs可以在不同彎曲半徑下實現250次彎曲迴圈，在固定彎曲半徑下實現1000次彎曲迴圈，且沒有觀察到效能退化。這些結果表明，該焊接策略對於提高可穿戴領域中NW器件的效能是非常有效的。
文獻連結: Welding Perovskite Nanowires for Stable, Sensitive, Flexible Photodetectors. （ACS Nano 2020, 14, 2777−2787）
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b09315
9. AM：稀土奈米晶雙模發光
近年來，稀土發光材料因具有窄帶發射峰、長熒光壽命及高穩定性等優異的光學特性，在防偽和資訊保安等領域表現出潛在的應用價值而備受關注。然而，現有儲存防偽資訊的稀土發光體系存在熒光模式過於單一、需要特定的激發光源及發光顏色不可調等不足之處，從而導致資訊儲存及防偽的容量有限等問題而面臨被破譯的風險。因此，深入研究稀土發光機理以及對光譜精確調控，對於推進稀土發光材料在資訊儲存及熒光防偽領域的實際應用具有重要意義。針對以上問題，曾海波教授團隊聯合南京林業大學理學院楊小飛教授團隊提出一種構建雙模式熒光體系的設計策略，透過利用核殼結構介面上的能量傳遞過程和稀土離子的交叉馳豫機制，在奈米尺寸的能量傳遞中實現了多種稀土離子的上轉換和下轉換髮光光譜的精確調控。這一發現為稀土奈米晶特種發光功能的設計提供了新的思路，展示了更易操作、更加保密的防偽應用。同時，該研究有利於在奈米尺度上理解和調控稀土離子之間的相互作用和發光行為，為研發具有自主智慧財產權的新型稀土發光材料提供了研究思路。
文獻連結: Energy Manipulation in Lanthanide-Doped Core–Shell Nanoparticles for Tunable Dual-Mode Luminescence toward Advanced Anti-Counterfeiting. (Advanced Materials, 2020, 32(45): 2002121.）
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202002121
10. AM：鈣鈦礦紅外選頻高靈敏探測
近紅外波段（700~900 nm）作為生物視窗，對生物樣品有低損傷、深穿透和小噪聲等特點，因此該波段的熒光檢測和成像被視為一種強大的實時醫學診斷、手術和治療技術。目前用於紅外波段的探測器主要還是窄帶半導體探測器，探測的機理使得這類探測器不僅對近紅外波段有響應，也可探測可見光波段。更糟糕的是，用於體內熒光成像的染料也是紅外光可激發的，激發光的影響更加降低了探測的精度。儘管目前可以藉助濾光器等光學原件來選擇性透過紅外光，但是複雜的光學原件使探測器變得繁瑣且成本增加，針對紅外波段的窄帶探測器仍是目前市場的缺失。在本工作中，作者從蝴蝶複眼中的微觀結構中獲得靈感，製備了全介質光學微腔，並將其充當毯細胞與作為感杆束的鹵素鈣鈦礦CsPb0.5Sn0.5I3探測器相配備，實現了緊湊高效的近紅外窄帶探測器（半高寬小於50 nm）。此外，透過對材料的選擇和製備工藝的調控，所得探測器具有很好的探測效能。其中，快速響應頻寬為543 kHz，探測極限低至0.33 nW，保證了實時高解析度的感測能力。超低的噪聲電流（10-13 A Hz−1/2）和超高的探測度（~1014 Jones）確保了其對於弱光的有效檢測和成像。
文獻連結: Bionic Detectors Based on Low‐Bandgap Inorganic Perovskite for Selective NIR‐I Photon Detection and Imaging. (Advanced Materials 2020, 32, 1905362)
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905362
11. Angew：鈣鈦礦超薄超大單晶各向異性生長
鹵化物鈣鈦礦由於其獨特的光電性質，在薄膜光電子器件領域具有極大潛力。雖然許多工作都集中在多晶鈣鈦礦材料上，但單晶鈣鈦礦比多晶具有更好的載流子輸運能力和更高的穩定性，可以有有效減少甚至消除載流子輸運過程中的散射損失以及晶界複合，採用單晶鈣鈦礦薄膜作為器件活性層被認為是進一步提高鈣鈦礦光電子器件效能的理想方案。目前，研究報道的鈣鈦礦單晶薄膜生長方法主要透過化學氣相沉積和溶液空間限制法，然而，所製備的薄膜厚度往往較厚，相應的器件效能也沒有多晶薄膜的器件高，因此，生長超薄大面積鈣鈦礦單晶薄膜至關重要。曾海波教授團隊聯合蘇州大學能源學院的鄒貴付教授和尹萬建教授團隊從成核生長動力學的角度，採用溶液過程動力學誘導晶面各向異性生長的策略，製備了大面積超薄鈣鈦礦單晶薄膜。實現了自支撐鹵化物鈣鈦礦單晶薄膜各向異性生長，最終得到了厚度100奈米以下，尺寸接近釐米級的鈣鈦礦CsPbBr3單晶薄膜。同時，研究發現這一策略還可適用於MAPbBr3、FAPbBr3等鹵化物鈣鈦礦單晶薄膜的製備。
文獻連結: Overcoming the Anisotropic Growth Limitations of Free-Standing Single-Crystal Halide Perovskite Films. （Angewandte Chemie International Edition, 2021, 60, 2629-2636.）
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202011853
12. AFM：鈣鈦礦單晶材料及光電子進展綜述
近年來，鹵化鉛鈣鈦礦(PVSK)多晶薄膜作為一種光活性材料受到人們的廣泛關注，由於其優異的光電效能和方便的溶液加工工藝，在太陽能電池、光電探測器、發光二極體和鐳射器等領域取得了巨大的成就。然而，大量的晶界不利於離子遷移、表面缺陷和較差的穩定性，阻礙了PVSK多晶薄膜光電器件的實際應用。與多晶相比較，具有較低陷阱密度的PVSK單晶(SCs)不僅為基礎研究提供了更好的平臺，也為器件應用提供了更好的平臺。基於此，提出了利用PVSK單晶(SCs)構建光電器件的想法。此後，出現了一系列PVSK SCs的合成方法。本文綜述了近年來PVSK SCs合成方法的研究進展，並對其優缺點進行了分析。此外，綜述了這些3D和2D PVSK SCs的光電特性，包括載流子動態、缺陷、離子遷移和不穩定性問題，並據此提出了相應的太陽能電池、光電探測器、X射線探測器、γ射線探測器等合適的器件配置，可為PVSK SCs的進一步開發及其應用提供指導。
文獻連結: Perovskite Single Crystals: Synthesis, Optoelectronic Properties, and Application. （Advanced Functional Materials, 2020, 2008684.）
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202008684
曾海波教授簡介
曾海波，國家傑出青年基金獲得者，國家萬人計劃領軍人才，美國光學會會士，英國皇家化學會會士，科睿唯安材料科學全球高被引科學家，愛思維爾物理學中國高被引學者，工信部新型顯示材料與器件重點實驗室創始主任，南京理工大學奈米光電材料研究所所長，材料學院院長。
長期從事低維半導體材料與光電（顯示、探測、隱身、能源）器件研究。在國際上發起了鈣鈦礦量子點發光顯示方向，率先發展了該體系紅綠藍及白光QLED器件、室溫析晶合成方法、銻烯電子材料，4篇代表作引用均超過1000次，被Nature、Nature Nanotechnology、Nature Reviews Materials等亮點評論為“first”、“initiated”、“developed”、“opened”，已發表Nature Photonics、Nature Materials、Nature Communications (8篇)、Advanced Materials (25篇)等論文300餘篇，SCI引用32000次，H因子90。
課題組網址：
http://ion.njust-smse.com/index.html
課題組ResearcherID:
https://publons.com/researcher/1642874/haibo-zeng