“分子天線”讓絕緣納米顆粒電致發光
英國劍橋大學卡文迪許實驗室開發出一種利用“分子天線”為絕緣納米顆粒供電的新技術，首次讓這類材料實現電致發光，并制成超純近紅外發光二極管，有助推動醫學診斷、光通信和傳感技術的革新。相關成果19日發表于《自然》雜志。
研究聚焦一種名為鑭系摻雜納米顆粒的材料。它們發出的光極為純凈穩定，尤其是在可穿透深層生物組織的第二近紅外波段，應用潛力巨大。但由于其電絕緣特性，長期無法作為電子器件材料使用。
在這幅富有想象力的藝術作品中，一個摻雜鑭系元素的納米顆粒被描繪成一只蜘蛛，而它織出的網則由9-蒽甲酸構成——這是一種用于捕獲電荷載流子并高效“收集”難以捉摸的“暗”三重態分子激發態的有機天線。圖片來源：英國劍橋大學卡文迪許實驗室
此次研究的突破在于，團隊在納米顆粒表面接枝9-蒽甲酸有機分子，讓其充當微型“天線”。電荷不會直接進入納米顆粒，而是被這些分子捕獲并進入三重態能級，再以超過98%的效率將能量轉移給顆粒內部的鑭系離子，使其發光。
通過這一策略，團隊制備出可在約5伏低電壓下點亮的“LnLED”。其發出的近紅外光具有極窄譜線寬，純度遠高于量子點等現有技術。
在生物醫學成像和光通信中，越純凈、越精確的光越有優勢，LnLED可輕松實現這一點。新研究打開了廣泛的應用前景。憑借電驅動時仍能保持超純光輸出的能力，這些納米顆粒有望催生新一代醫療設備。例如用于深層組織成像，協助癌癥檢測、器官功能實時監測；或精準激活光敏藥物；在光通信領域，超窄光譜線寬有望實現更快、更清晰的數據傳輸，減少信號干擾；還可用于打造高靈敏度的化學或生物標志物探測設備。
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