发光二级管光强计

图中光学照片显示的是在压电光电子效应的作用下，紫外发光二极管的发光强度随施加的应变的增加而增加。下图显示的利用能带理论解释压电光电子效应对p-n结处能带结构和载流子输运过程的调制和改变。(图片提供：王中林)　　紫外半导体发光二极管在化学、生物、医学和军事领域具有广泛的应用，目前这种材料的内量子效率虽然可达到80%，但外量子效率只有3%左右。如今，基于压电光电子学效应，美国佐治亚理工学院讲席教授王中林课题组发明了一种新型高效紫外半导体发光二极管，在合适应用作用下外量子效率可达到7.82%，其光发射强度、注入电流能力和电—光转换效率均成倍提高。新成果发表在8月在线出版的《纳米快报》上。　　王中林表示，新成果还可以扩展到从紫外到红外的整个光谱范围内的由压电材料制备的半导体发光二极管，它们将在发光二极管、光电池和太阳能电流、人机界面、纳米机器人、微—纳机电系统、人机交互等领域得到广泛应用。　　压电光电子学是压电效应、光子特性和半导体特性三相耦合的一种效应，它通过应变引起的压电势来调节和控制电光过程，或者反过来利用电光过程调节和控制力的作用。该效应由王中林于2009年首次发现。　　王中林小组进一步把光引进压电电子学器件，致力于开发和研究力、电和光三相耦合器件。他们发现压电效应可优化光电池，提高光探测器的灵敏度。而最近的研究表明压电效应还可以显著提高氧化锌微纳米线发光二极管的电子—空穴复合效率，从而显著提高发光性能。这些力、电、光三相耦合的研究构成了一个全新的研究领域：压电光电子学(piezo-phototronics)领域。据王中林介绍，力、电、光三相中的两相耦合比如光电、力电和光力耦合效应已经获得了人们的广泛关注和大量研究，很多基于这些耦合效应的新型纳米器件被研制出来。这是一个远比两相耦合复杂的耦合系统，因此有更多有趣的具有重大研究价值的效应需要人们去探索，更多的器件等待人们去开发。　　研究人员将压电光电子学效应应用于紫外半导体发光二极管性能的改造中。半导体发光二极管的光发射由载流子的注入、复合和出射效率等决定。薄膜型宽禁带半导体制备的紫外发光器件，其内量子效应虽然可达到80%，但外量子效率只有3%左右。王中林表示，这主要是由于全反射限制的光出射效率比较低引起的。他和浙江大学的访问学者杨青博士经过精心设计，在N型氧化锌纳米线衬底单根微纳米线发光二极管中引入压电势，发现由压电势引起的界面处的能带改变会形成载流子沟道，从而将载流子捕获在界面附近，提高载流子的浓度和复合效率，进而提高器件外量子效率。他们制备的未加外应力的发光二极管的外量子效率达到1.84%。在固定电压下，对器件施加0.093%的压应力，可以使光发射强度和注入电流分别提高17倍和4倍，相应的电—光转换效率提高4.25倍。合适应力作用下外量子效率达到7.82%，和纳米线增强的复合量子阱LED效率相当，远远超过已报道的简单p-n结纳米线半导体光发射二极管外量子效率。　　王中林表示：“我们所发明的这些氧化锌纳米器件可整合成一个自主发电、自动控制的智能纳米系统 完全基于氧化锌纳米线，我们能创建具有记忆、处理和感应能力的复杂系统，系统所需要的电能均取自外部环境。希望有一天，人类能将纳米尺度的发电机、传感器、光电子器件和逻辑运算器件有机地集成起来，实现自驱动和自主决策的智能纳米系统。”

近日，浙江大学光电学院狄大卫教授课题组先后在Nature Communications及Nature Photonics发表其课题组的最新研究文章。《Ultralow-voltage Operation of Light-emitting Diodes》一文创纪录地发现可以以LED能带宽度的36-60%超低压下观察到发光。《Ultrastable Near-infrared Perovskite Lightemitting Diodes》实现了超高稳定性、高效率（22.8%）的近红外钙钛矿发光二极管(钙钛矿LED)。 ‍研究背景LED的发展对照明、显示和信息产业有着深远的影响。新兴的LED技术的研究倍受关注。LED发光的关键机制为电致发光（EL），即在外部电压下注入的电子和空穴的辐射复合。有文献报道III-V 族半导体的 LED 的工作电压低至标称带隙的 77%，这是由于新型量子阱设计增强的辐射复合。对于OLED，其最小工作电压约0.5Eg/q，使用TTA工艺来解释这种低工作电压仍有争议，即电致发光的最低驱动电压到底是多少，以及它们是否基于同一个机理。 研究方法 在这项工作中测试了17种不同类型的LED，首先选择钙钛矿LED，制备了以近红外发光的碘基材料FPI、NFPI以及绿色发光的溴基材料PCPB的钙钛矿LED，这三种LED的最低驱动电压分别是1.3V、1.3V及1.9V，LED中光子的最高能量分别为1.55eV、1.56eV及2.4eV。这表明三种材料的LED均可在低于带隙所限制的最小阈值电压下发光。接下来选择几种不同的OLED、QLED以及商业III–V族半导体LED，得到的结论与之前的相似。 ‍ 图 1 不同种LED的电致发光强度-电压的关系。 （a. 近红外发射FAPBI3(FPI)钙钛矿LED；b.近红外发射NFPI钙钛矿LED；c.绿光PCPB钙钛矿LED；d.基于Ir(ppy)3的磷光OLED；e.基于4CzlPN的TADF OLED；f.基于F8BT的聚合物OLED；g.基于红荧烯的荧光小分子OLED；h.基于CdSe/ZnS QDs的II-VI QLED；i.基于 GaAsP 的商用 III-V 无机 LED 。） 研究还发现几种钙钛矿LED驱动电压的数值从带隙上方调整到下方时，LED的电致发光EL谱线峰形及峰位都不变。图2. 钙钛矿LED在高于及低于带隙所限制阈值电压下的EL光谱 研究方法 为解决LED最低驱动电压到底是多少的问题，他们采用一套能探测到微弱光子信号的高灵敏度光子探测系统，确定了钙钛矿LED的光致发光强度与电压之间的关系，得出EL 的最小驱动电压为低于半导体带隙 50% 的值，并表现出每个光子0.6-1.4eV的表观能量增益。 图3. 不同LED在近带隙和亚带隙电压下的光致发光强度-电压曲线 论文中提到的测试方法中，使用了海洋光学高灵敏度QE Pro光谱仪对LED的发光性能进行表征。图4. 用于测量在亚带隙电压下的 EL 光谱的实验装置示意图 研究背景 与钙钛矿太阳能电池类似，钙钛矿LED的不稳定性是一重大难题。近年来，钙钛矿LED在外量子效率（EQE）方面发展十分迅速，但其在连续工作条件下T50工作寿命（亮度降低到其初始值一半所需时间）一般在10到100小时量级，而实际应用需器件在高EQE、宽辐亮度范围下实现更长的工作寿命（高于10000小时）。和III-V族半导体及有机半导体相比，钙钛矿在器件工作过程中存在额外的降解通道。电场作用下的离子迁移和钙钛矿晶体结构的不稳定性，是影响钙钛矿器件稳定性的关键问题。解决这些问题，以同时实现长寿命与高效率，是领域的重大挑战。研究亮点 作者选取了在高性能太阳能电池与LED均有应用的FAPbI3钙钛矿作为基本研究对象，引入双极性分子SFB10，实现了高效和超稳定的近红外（~800 nm）钙钛矿LED。器件峰值外量子效率(EQE)为22.8%，峰值能量转化效率(ECE)为20.7%。这些钙钛矿LED展现了优异的稳定性，在5 mA/cm2下连续运行超过3600h（5个月）没有观察到辐亮度衰减。据加速老化测试获得，在初始辐亮度（或电流密度）分别为0.21 W/sr/m2 (0.7 mA/cm2)时，预期T50工作寿命为2.4×106h (约270年)。 图5. 钙钛矿LED器件结构和性能 上述数据表明，钙钛矿LED可在满足实际应用的光功率(辐亮度)下稳定工作。作为参考，基于Ir(ppy)3的高效率绿光OLED器件，在1000 cd/m2的高亮度下时对应的辐亮度为2.1 W/sr/m2, 在100 cd/m2的较低亮度下对应的辐亮度为0.21 W/sr/m2。表1：经SFB10稳定的钙钛矿LED寿命数据 为了探索器件高稳定性的原因，作者研究了双极性分子SFB10对钙钛矿薄膜稳定性的影响。结果表明，双极性分子SFB10提高了钙钛矿薄膜的热稳定性、相稳定性与荧光稳定性。经SFB10稳定剂处理的钙钛矿样品在空气中放置322 天，仍然维持了具有良好光电活性的α相FAPbI3钙钛矿，而对照组样品在14天内就发生了相变与降解。图6：钙钛矿样品结构稳定性和荧光稳定性 图7：SFB10与钙钛矿前驱体化学相互作用表 论文提到的测试方法中，使用海洋光学QE Pro光谱仪进行EQE的J-V曲线测量，使用Maya2000Pro记录角电致发光强度分布。QE Pro Maya2000 Pro 光谱仪 参考文献 1. Lian Y , Lan D , Xing S , et al. Ultralow-voltage operation of light-emitting diodes[J]. 2021.2. Guo, B., Lai, R., Jiang, S. et al. Ultrastable near-infrared perovskite light-emitting diodes. Nat. Photon. (2022). https://doi.org/10.1038/s41566-022-01046-33. https://mp.weixin.qq.com/s/s_vFNym4bESl3wogh96n7Q 结语 超低驱动电压的研究为超低压LED器件的发展以及照明、显示及通信行业的发展做出贡献。超长的器件寿命有望提振钙钛矿LED领域的信心，这些近红外LED可用于近红外显示、通讯与生物等应用，为钙钛矿发光技术进入产业应用铺平了道路。

近日，郑州大学科研人员提出了一种全新的近红外发光二极管发光机理和器件设计理念，并在国际上首次制备出GaN/Si纳米异质结构近红外发光二极管，为近红外发光二极管的设计和制造提供了新的可能。　　红外技术在国防工业、地质探测、光纤通信等领域扮演着重要角色。近红外发光二极管由于体积小、功耗低、稳定性高、寿命长等优点，成为新一代近红外光源的主导技术。　　该项研究成果由郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室李新建研究组完成。该研究组长期从事硅基纳米半导体体系构建技术、性能研究和原型器件研制，在国内外相关领域产生了一定影响。　　相关成果已发表在国际期刊《先进材料》上。审稿专家认为，“此项研究为硅基氮化镓近红外发光二极管的设计和制造提供了一种崭新的途径”。

新加坡—麻省理工学院研究与技术联盟的科学家开发了世界上最小的LED（发光二极管）。这种新型LED可用于构建迄今最小的全息显微镜，让现有手机上的摄像头仅通过修改硅芯片和软件即可转换为显微镜。相关研究发表在最近的《光学》杂志上。　　这一突破得到了革命性神经网络算法的支持，该算法能够重建全息显微镜观察的物体，增强对细胞和细菌等微观物体的检查，而无须笨重的传统显微镜或额外的光学器件。　　大多数光子芯片中的光都来自芯片外，这导致整体能源效率低下，从根本上限制了芯片的可扩展性。　　团队此次开发的最小硅发射器，其光强度可与目前最先进的大面积硅发射器相媲美。新型LED在室温下表现出高空间强度（102±48毫瓦/平方厘米），并且在所有已知的硅发射器中具有最小的发射面积（0.09±0.04平方微米）。为了展示潜在的实际应用，研究人员随后将这种LED集成到一个不需要透镜或针孔的在线、厘米级全硅全息显微镜中。　　他们还构建了一种新颖的、未经训练的深度神经网络架构，该架构能使全息显微镜重建图像并提高图像质量。与需要训练的传统方法不同，新的神经网络架构通过在算法中嵌入物理模型来消除训练的需要，允许研究人员在事先不了解光源光谱或光束轮廓的情况下使用新型光源。　　这种微型LED和神经网络的协同组合，可用于其他计算成像，例如用于活细胞跟踪的紧凑型显微镜或活植物等生物组织的光谱成像。该研究还为光子学的重大进步铺平了道路。

我国研制的新型有机发光二极管应用前景广阔　　最新一期的美国《应用物理杂志》刊登了一项来自中国科研工作者的最新研究成果———中国科学院长春应用化学研究所科学家开发出的一种制造成本较低、发光效率高的叠层型有机发光二极管。　　有机发光二极管(OLED)是一种薄膜发光二极管(LED)，它的发射层是一种有机复合物。这些器件的加工相比传统的LED成本低很多，它既可以用作电视屏幕、计算机显示屏、便携式系统的显示屏，也可以用于照明设备等。相比传统的LCD显示，OLED显示的一个最大的好处就是它不需要背光，这意味着它需要的电流较小，用同样的电池它能够工作的时间更久，可以广泛地用于小的便携式设备，这些设备大多都采用单色的、低分辨率的显示屏以降低功耗。　　有机发光二极管被认为是未来最重要的平板显示技术之一，在背景光源和照明领域也显示了巨大的应用前景，成为当今热门研究领域。通过自身的努力，中国科研工作者在该领域目前已经取得了令人骄傲的成绩。　　发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，在日常生活中已有广泛应用。与白炽灯相比，发光二极管具有工作电压和电流小、抗冲击性能好、寿命长等特点。但发光二极管一般由无机半导体材料如镓、砷、磷等制成，工艺复杂，成本较高。此外，普通无机发光二极管为点光源，较难应用于大面积并需要高分辨率的组件，并且不可能做得很薄。　　中科院长春应用化学研究所的马东阁研究员领导的研究小组，利用类似于塑料的碳基有机材料制成了有机发光二极管，其加工比较简单，成本较低，而且这种有机发光二极管是一种光源面积较大的面光源。　　实验结果还表明，这种有机发光二极管只需要单发光层就能实现高效率，而不需要多个复杂的发光层 把单元有机发光二极管串联起来，就可以实现更高的工作效率。“简单的单发光层，通过叠层结构实现了高效率，110 cd/A(电流效率)效率应该是目前白光器件较高的效率。”马东阁说，他们开发的有机发光二极管在成本、发光模式等方面优势明显，在照明、显示器背光源等领域拥有良好的应用前景。　　据悉，自从1987年世界上第一个高效率OLED在美国成功问世以后，OLED的发展引起世界工业界和科技界的广泛重视，开始在全世界迅速发展。“我们从1996年开始OLED的研究，特别是最近几年，我们在该领域做了大量工作，开发出了高效率、长寿命的红、绿、蓝OLED，也开发了高效率的白光OLED，并正在推动其产业化。”马东阁说。　　据了解，从OLED的结构、制备工艺、驱动电路和发光性能等方面考虑，它具有许多的优点：厚度薄、质量轻，其核心厚度可小于1毫米，约为LCD的1/3 全固态结构，抗震性好，可以适应巨大加速度、振动等恶劣环境 响应速度快，约为数微秒至数十微秒，比LCD快1000倍，可显示活动图像 材料消耗少，制备工艺简单(一般只需要86道工序，而LCD需要200道工序)，成本至少比LCD低20%，易于大规模生产 低直流电压驱动(最低电压仅为3伏特)、功耗低(2.4英寸多晶硅OLED模块的功耗为605微瓦) 无需背光照明，能够在不同材质的基板上制作成可以弯曲的柔软显示器等。　　众多优点决定了其广阔的应用前景，目前，日本、英国、德国、美国和荷兰等国家在OLED方面已取得了很大的成就，但基本还处于实验阶段，市场占有率很低，这主要是由于其技术上还存在一些亟待解决的问题。如稳定性差、寿命低、彩色序列组合方面工艺不成熟等。“尽管目前全球还没有OLED产品诞生，但国外预计2010年和2011年后将有产品问世，我们也在跟踪世界前沿，加速产业化进程。”马东阁表示，“白光OLED要得到应用，现在必须解决效率、寿命和成本问题，除了材料成本的降低，简化结构应该是降低成本的最主要的工艺。另外，叠层是实现OLED高效率、长寿命的最主要器件结构，具有重要的应用开发价值”。　　业内人士指出，OLED产业之所以吸引了全世界，特别是国内“眼球”的关注，首先是因为OLED是未来极具潜力的平板显示产品，符合超薄、节能、低成本、环保等硬件要求。另外OLED产品处于开发初期，新的应用领域有待开拓，中国有机会在OLED领域处于领先水平。另外就是国家以大力发展平板显示行业为政策导向，众多的投资可以支持OLED事业的发展。　　马东阁认为，我国的有机发光二极管产品如果想从技术、质量等方面达到世界先进水平，很好地实现产业化，需要继续改善器件在高亮度下的效率问题，开发新的工艺，降低成本，满足产业化要求，改善大面积化的均匀性问题，继续改善器件稳定性和解决好产业化工艺与技术问题，做好市场开发工作。《中国质量报》

新华社东京7月29日电日本东京大学和奥地利约翰· 开普勒大学的联合研究小组最新宣布，他们研发出世界最薄最轻的有机发光二极管(OLED)，可随意弯曲，厚度仅为2微米(1毫米等于1000微米)。　　据日本时事社等网站29日报道，研究小组在厚度仅为1.4微米的超薄PET塑料薄膜上，成功制造了总厚度2微米、每平方米重量仅为3克的有机发光二极管。它具有良好的柔韧性，任意弯曲都不会影响其通电性能。　　研究小组此前还利用超薄高分子薄膜，成功开发出由碳分子材料组成的超薄有机太阳能电池和有机晶体管集成电子回路。此次新技术发明，可以使得有机发光二极管、有机太阳能电池和有机晶体管等元器件集成在同一个高分子薄膜上，比先前的同类电子设备更加轻薄实用。　　有机发光二极管和有机太阳能电池是近些年材料研发领域的重点项目，并且已进入实用阶段。有机发光二极管显示设备具有省电、色彩再现好以及应答速度快等优点，被视为下一代显示材料，对其轻量化和超薄化的需求一直驱动着相关技术进步。

据物理学家组织网2月18日报道，硅纳米晶体的尺寸仅为几纳米，却具有很高的发光潜力。现在，来自德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和加拿大多伦多大学的科研人员借助硅纳米晶体，成功制造出了高效的硅基发光二极管(SiLEDs)，其不含重金属，却能够发射出多种颜色的光。相关研究报告发表在近期出版的《纳米快报》杂志上。　　硅虽然在微电子和光伏产业占据着主导地位，但长期以来其却一直被认为不适合发光二极管的制造。然而，这在纳米尺度却并非正确，由成百上千的原子构成的微小硅纳米晶体能够产生光线，也具备成为高效光发射器的巨大潜力。迄今为止，硅基发光二极管的制造一直局限于红色的可见光谱范围和近红外线，因此制造可发出彩色光的二极管可谓绝对新颖。　　KIT科学家发现，通过采用不同大小的单分散的纳米粒子，能够改变二极管所发出光的颜色。其可由深红色光谱区域调谐至橘黄色的光谱区域，外量子效率亦可达1.1%。值得一提的是，制成的硅基发光二极管具有令人惊讶的长期稳定性，这在此前从未实现过。操作组件寿命的增长是因为只采用了同一尺寸的纳米粒子，这能有效增强敏感的薄膜元件的稳定性，而可导致短路的过大尺寸粒子则被排除在外。　　此款彩色硅基发光二极管还具有不含有任何重金属的优势。与其他使用硒化镉、硫化镉或硫化铅的研究小组不同，科研团队此次采用的硅纳米粒子完全不具毒性，而且地球上的硅储量丰富，成本低廉，更有利于硅基发光二极管的进一步发展。　　此外，新型发光二极管惹人注目的方面亦在于其发光区域的同质性。研究人员表示，随着液态处理的硅基发光二极管或能以低成本大批量制成，纳米粒子“群体”也将进入新的领域，相关潜力将难以估计，而教科书上有关半导体元件的描述或许也将被改写。

据美国物理学家组织网11月16日(北京时间)报道，斯坦福大学工程学院的研究团队研发出一种超快的纳米级发光二极管(LED)，能够以每秒100亿比特的速度传输数据，并比当前以激光为基础的系统装置能耗更低。研究人员表示，这是为芯片上的计算机数据传输提供超快、低能耗光源的重要步骤。相关研究报告发表在15日出版的《自然通讯》杂志上。　　科研人员表示，低能耗的电控光源是下一代光学系统的关键，这能够迎合计算机行业日益增长的能源需求。传统上，工程师认为只有激光才能以极高的数据传输速率和超低能耗进行通讯。而此次研发的单一模式LED能发射单一波长的光，与激光十分相似，能像激光一样执行相同任务，且消耗的能量更低。　　研究人员在新装置的中心，插入了若干座砷化铟“小岛”。当电脉冲通过时，它们能产生光。这些“小岛”的周围包裹着光子晶体(在半导体上蚀刻的微孔阵列)，能像镜子一般将光线弹射聚集至装置的中央，使它们囚禁于LED内，并被迫按单一频率产生共鸣，从而形成单模光。　　现有设备基本是由激光发光器与外部调制器两个装置构成。两种装置都需要消耗电力，而新款二极管将发光器和调制器的功能整合到一个装置内，大大降低了耗能量。科学家表示，新款设备可达到目前最高效设备能源效率的2000倍至4000倍。平均而言，新款LED装置能以每比特0.25飞焦(10-15焦耳)的耗能量传输数据，而当下典型的低能耗激光设备也需要消耗500飞焦来传输单个比特，其他技术则耗能更多。

德国科学家开发出一种新型有机发光二极管(OLED)，其产生的白光质量可媲美白炽灯泡，而其能效甚至大大优于荧光灯。该项研究的领导者、德国应用光学研究所的塞巴斯蒂安雷内柯表示，该OLED原型也许将可成为显示器和普通照明的一个超高效光源，他们的远期目标是利用传统的低成本卷带式印刷术来装配这些器件。 近年来，许多国家都在寻求将白炽灯照明转换成紧凑型荧光灯，因为后者能节约更多的能量。也因为同样的原因，在显示器和普通照明中使用发光二极管（LED）也得到了人们的青睐。但是，无论是荧光灯还是LED照明，其产生的白光质量一直有待改善。荧光灯因为缺乏红光会使人感觉不适，而目前市售的大多数白光LED会带一些蓝色，会使人感觉有些冷。 与此相反，OLED的制造材料来源广泛，要获得高质量的白光相对显得比较容易。就OLED来说，其面临的问题一直以来都不是白光质量，而是其能效。荧光灯的能效大约在每瓦60流明到70流明，白炽灯的能效大约为每瓦10流明到17流明，而到目前为止，OLED的最大报告能效是每瓦44流明。 在最新出版的《自然》杂志上，雷内柯及其同事报告了一种能效可达每瓦90流明的OLED结构设计，其最高能效甚至可达每瓦124流明。 研究人员对OLED的设计工艺进行了改进和完善。一方面，他们将连接发光材料的有机材料掺杂到它的金属触点，从而降低其工作电压。另一方面，他们用光学性能与器件衬底更为匹配的玻璃来制作器件的外表面。在传统结构中，大约80%的光会损耗掉。 这种OLED的最新颖之处是器件内部不同发光材料的组织搭配。3种材料被用于各自发出蓝、绿和红光，其间还有主基质材料。诀窍是选择一种具有高“自旋态”的基质材料，它可与蓝光匹配，并夹杂在绿光和红光材料之间，如同是分离的主基质材料的一部分。这意味着，从红光或绿光材料逃逸的任何电子—空穴对（激子）将穿过蓝光材料，从而增加了转化为光子的机会。 不过，这种新型OLED的主要缺陷仍是其寿命。虽然飞利浦等公司已能生产出寿命与荧光灯相同的OLED（超过1万小时），但具有更高效能的材料往往其寿命无法持续这么久。目前，雷内柯的OLED器件的寿命仍只能达到短短的几个小时。（来源：科技日报 冯卫东）

p　　a title="" href="http://www.instrument.com.cn/zc/35.html" target="_self"紫外/a(UV)辐射灯光通常应用于水净化处理行业和水产养殖场，直接杀死有害细菌和加速有机或无机污染物的化学反应中和过程。但目前市场上使用的紫外辐射灯光源含有汞(Mercury)元素成分，将对人体健康和生态环境造成新的风险。欧盟第七研发框架计划{FP7}中小企业主题提供110万欧元，总研发投入140万欧元，由欧盟4个成员国及联系国爱尔兰(总协调)、英国、捷克和挪威，4家创新型中小企业(SMEs)和4家科研机构联合组成的欧洲AQUA-PULSE研发团队。利用先进的二氧化钛(TiO2)作为紫外光催化材料，成功研制开发出更高效更廉价的紫外发光二极管(UV LEDs)，被欧委会称作水净化处理行业的“突破性”技术。/pp　　研发团队反复测试不同紫外发光二极管的材料配置，包括TiO2紫外发光催化材料，直到结构功效性价比实现最佳优化。在此基础上设计开发的原型，已通过各项技术、环境和安全可靠性验证，可有效清除水中的有害细菌和其它污染物。设立于挪威的一家企业，已开始生产应用于鱼缸水净化处理的紫外发光二极管紧凑型净化装置 而设立于英国的一家企业，正在开发生产应用于家庭、办公场所和饭店的新型水净化处理装置。/pp　　2013年，全球水净化装置市场规模已达350亿欧元，且市场快速增长。目前，研发团队联合工业界合作伙伴集中优势资源，正在积极研制生产可应用于大型饮用水和污水处理行业的创新型净化处理装置，包括应用于水产养殖场。br//p

金属卤化物钙钛矿材料具有可溶液法制备、高荧光量子效率、高色纯度等特点。近年来，钙钛矿发光二极管（PeLED）的器件效率提升迅速，成为下一代照明与显示技术的有力竞争者。然而，由于钙钛矿材料较大的折射率，导致大量的光子被限制在器件内部，阻碍了PeLED效率的进一步提升。近日，南京工业大学黄维院士和王建浦教授团队在国际顶尖期刊Nature子刊 Light: Science & Applications 发表论文，他们提出通过构筑光学微腔，制备顶发射PeLED，从而大幅度提升器件效率的新思路。光学微腔一方面能够通过Purcell效应提高辐射复合速率，提升材料的荧光量子效率；另一方面，优化的微腔结构可以使更多光子沿着微腔的光轴出射，从而提高器件的出光耦合效率。现代信息社会的快速发展，对发光显示技术提出了高效率、高亮度、柔性可穿戴等要求。传统的无机发光二极管通常在单晶衬底上通过外延法生长制备，难以获得大面积柔性器件。近年来快速商业化的有机发光二极管能够通过溶液法、蒸镀法制备大面积柔性器件，但有机材料本身的激子特性使其难以在大电流下实现高亮度和高效率。钙钛矿材料兼具无机半导体高导电性和有机材料可溶液法制备的优点，在下一代显示领域极具竞争力。然而，近年来底发光PeLED的效率逐渐达到瓶颈，效率提升速度放缓。发光二极管的效率是由荧光量子效率、载流子注入效率、光耦合效率共同决定的。平板型底发光器件的光耦合效率通常为20%左右，其发光层发出的光子大部分被限制在了器件内部，无法从正面出射。另一方面，将发光器件应用于显示时，还需加上不透光的控制电路，因此显示面板上一部分区域无法发光，也就是产业化过程中面临的开口率的问题。设计具有微腔结构的顶发光器件，能够有效地同时解决以上两个问题。这是由于微腔结构能够提高器件的出光耦合效率，而顶发光能够解决显示面板的开口率问题。图1 顶发光器件和底发光器件构筑基于光学微腔的高效率PeLED需要解决三个难题：1）制备具有高荧光量子效率的钙钛矿薄膜；2）制备高质量光学微腔；3）实现器件内部平衡的载流子注入。在钙钛矿薄膜的选择上，作者选择了具有多量子阱（MQW）结构的准二维钙钛矿。其优点在于，通过调控大尺寸阳离子和小尺寸阳离子的组分，能够精确地调控钙钛矿的结晶性、形貌以及薄膜内部量子阱的分布。基于此思路，作者获得了致密的MQW钙钛矿薄膜，并将其荧光量子效率提升到了78%。图2 MQW-PeLED的能级结构及钙钛矿层形貌构筑高质量的光学微腔需要在器件的两端分别制备全反射和半反射的电极。为此，作者在器件底端蒸镀了100 nm的金电极作为全反射层，并且优化了顶端半反射金电极的厚度，将器件的光耦合效率从20%提升到了30%。要实现增强型的微腔效应，还需将微腔的光学长度设计到发光半波长的奇数倍。作者发现，通过调控电子传输层ZnO和空穴传输层TFB的厚度，可以有效地调控微腔的光学长度。值得注意的是，优化ZnO、TFB厚度的同时，还要考虑发光层在微腔内部所处的位置是否位于微腔效应增强的位置。此外，高性能PeLED的实现还依赖于器件内部载流子的平衡注入。作者前期的研究表明，MQW钙钛矿层内部存在快速的（皮秒量级）能量转移，从而使得发光区域主要位于与TFB的交界处。考虑到ZnO和TFB都具有较高的载流子迁移率，因此ZnO的厚度通常低于TFB的厚度。图3 微腔器件内部不同位置的增强效果及发光区域基于以上对钙钛矿发光层、器件光学结构及载流子注入/输运方面的优化，作者将微腔结构顶发射PeLED的外量子效率提升至20.2%。该器件表现出显著的微腔效应，不同于底发光器件的朗博体发光，顶发射微腔PeLED在正面的出光显著增强，从而大幅度提升了光耦合效率。图4 微腔器件外量子效率及发光轮廓较低的光耦合效率是限制平板发光的重要原因之一，该工作将顶发射微腔结构应用于PeLED，实现了超过20%的外量子效率，是目前顶发射PeLED的效率最高值。该工作的发表，使钙钛矿这种明星材料在LED实际应用方面更进了一步。此外，高质量微腔的制备及其器件内整合，也对电泵浦钙钛矿激光器的实现具有重要的借鉴意义。文章信息：该成果以“ Microcavity top-emission perovskite light-emitting diodes ”为题发表在 Light: Science & Applications 。本文共同第一作者为南京工业大学先进材料研究院博士生缪炎峰、程露、邹伟，通讯作者为王建浦教授、黄维院士、彭其明副研究员。论文地址：https://www.nature.com/articles/s41377-020-0328-6文章来源：中科院长春光机所 Light学术出版中心

每逢节假日，人们喜欢用五颜六色的发光二极管(LED)彩灯营造节日气氛。但美国加利福尼亚大学欧文分校9日发表研究报告称，某些LED灯含铅量超标，会对特定人群的身体健康构成威胁。　　报告称，LED灯以其节能和耐用的特点逐渐取代白炽灯，但检测发现，某些颜色的LED灯含有铅等有害物质。　　研究人员分别对红、黄、绿、蓝、白等颜色的高、低强度LED灯进行检测，发现主要用作圣诞节彩灯及交通灯的低强度红色LED灯含铅量超过加利福尼亚州政府规定标准的8倍。此外，高强度红色、低强度黄色和低强度绿色LED灯中也含有铅，但含量较低。而蓝色和白色高、低强度的LED灯中则没有检测出铅。　　研究人员表示，含铅LED灯尤其会对特定人群的身体健康构成威胁，如制造这些灯具的工人、将灯具打破的消费者、在交通事故现场参加紧急救援的人员以及清洁工人等。　　加利福尼亚大学欧文分校人类健康和疾病预防系主任奥拉德莱奥贡塞坦说，作为节能产品，LED灯成为消费者新宠，但其带来的健康隐患却没有引起足够重视。他呼吁生产厂家今后开发新技术产品时，既要重视节能，也要考虑这些产品是否会对人们的健康带来影响。

近日，中国科大姚宏斌教授课题组联合张群教授、林岳教授和张国桢副研究员研究团队提出金属卤化物钙钛矿亚稳相结晶策略，有效消除了混合卤素钙钛矿CsPbI3-xBrx晶粒内部的面缺陷，从而制备了高效的纯红光钙钛矿发光二极管，其外量子效率达17.8%，亮度为9000cd m-2，研究成果以题为“Planar defect-free pure red perovskite light-emittingdiodes via metastable phase crystallization”发表在国际期刊Science Advances上（Sci. Adv. 2022,8, eabq2321）。金属卤化物钙钛矿材料由于其高色纯度、宽色域、低成本以及可溶液加工等优势有望用于下一代发光二极管。然而钙钛矿材料由于其结晶过程的不可控，容易产生缺陷，这往往会限制钙钛矿发光二极管（PeLED）的效率以及稳定性。小分子钝化剂已成功用于调控单一卤素钙钛矿的成核、聚集以及组装过程，获得了高发光效率的微/纳米晶薄膜，进而使得绿光和近红外光PeLED的外量子效率超过20%。虽然小分子钝化剂也被尝试用于调控混合卤素钙钛矿的结晶，但目前混合卤素PeLED的效率以及稳定性依然很低，这其中的原因依然未知。图1.混合卤素钙钛矿小分子调控的非经典结晶过程以及亚稳相结晶策略姚宏斌教授课题组基于前期钙钛矿结晶调控的相关研究基础（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8162−8170；Adv. Optical Mater. 2021, 9, 2001684），首先揭示了在混合卤素钙钛矿成核、团聚以及组装过程中，不均匀的卤素离子分布会导致晶粒内部的面缺陷形成，进而提出了亚稳相结晶（MPC）制备混合卤素钙钛矿薄膜的策略。该策略可以有效促进钙钛矿晶格内部的卤素均匀混合，进而降低钙钛矿结晶过程中的晶格应力，从而消除钙钛矿晶粒内部的面缺陷（图1）。图2.不同结晶过程制备的CsPbI3-xBrx薄膜晶粒内部的RP型面缺陷表征。(A-C)没有聚合物引发的相分离过程(NPS)(A),一步法退火(OSC)(B)和亚稳相结晶(MPC)(C)薄膜的TEM图。(D-E) NPS (D), OSC(E)和MPC(F)膜晶粒内部的HAADF-STEM图。内部插图是相应的快速傅里叶变换图。(G-I)D-F图中相应的原子级分辨的HAADF-STEM放大图。基于球差电镜分析（林岳教授合作），该工作首次观察到未经过亚稳相结晶制备的CsPbI3-xBrx薄膜晶粒内部存在着大量面缺陷，并且是沿着（100）和（010）方向广泛存在于晶粒内部并形成迷宫状的限域纳米区域（图2D）。进一步球差电镜分析表明在面缺陷边缘卤化铯层呈岩盐石结构堆积，从而形成Ruddlesden-Popper（RP）型面缺陷（图2G），这是由于CsPbI3-xBrx钙钛矿薄膜在结晶过程中卤素离子不均匀分布产生晶格应力从而导致的晶格错位搭接。同样地，在没有精细调控结晶过程的一步法退火(OSC)制备的钙钛矿膜内也存在RP型面缺陷（图2E, H）。然而，对于经过亚稳相结晶调控的CsPbI3-xBrx薄膜，其内部不存在这种RP型面缺陷，因此亚稳相结晶过程可以有效促进体系中卤素离子的均匀分布，降低钙钛矿结晶过程中的晶格应力，从而避免了CsPbI3-xBrx薄膜在结晶过程中产生RP型面缺陷（图2F, I）。图3. Ruddlesden-Popper (RP)型面缺陷对于钙钛矿带隙以及光电性质的影响。(A) 具有二维RP缺陷限域的NPS膜的晶格模型。(B,C) NPS (B)以及MPC (C)膜的态密度计算。(D-F) NPS (D), OSC (E)和MPC (F)薄膜的瞬态吸收等高线图。(G) 稳态荧光光谱。（H,I）单电子(H)和单空穴(I)的电流电压曲线。第一性原理态密度分析（张国桢副研究员合作）表明相对于无RP型面缺陷的钙钛矿薄膜，晶格内部的RP型面缺陷会在钙钛矿价带边形成独立的缺陷态（图3A-C）。并且随着晶粒内部的一维RP缺陷变成二维RP缺陷，钙钛矿的带隙会增大超过0.3 eV，这是由于RP型缺陷限域的区域小于CsPbI3-xBrx激子波尔半径导致的。瞬态吸收光谱测试（张群教授合作）表明NPS膜的基态漂白峰相对于OSC和MPC膜表现出超过30 nm的蓝移和大的拓宽，这是由于在NPS和OSC膜内部存在着二维RP缺陷限域的复合带隙（图3D, E）。作为对比，MPC膜表现出最窄的基态漂白峰，这是由于其晶粒内无RP型缺陷限域的原因（图3F）。由于在MPC膜内部无RP型面缺陷，所以MPC膜表现出较高荧光量子产率、高发光色纯度以及低载流子缺陷态（图3G-I）。图4.基于CsPbI3-xBrx薄膜的电致发光器件性能评估通过对比不同退火方式制备的CsPbI3-xBrx薄膜的PeLED器件性能，该工作发现RP型面缺陷会制约器件的效率、亮度以及稳定性。在消除CsPbI3-xBrx膜内部的RP缺陷之后，纯红光PeLED器件的最大外量子效率和亮度分别达到了17.8%和9000 cdm-2（图4 A-C）。同时RP型面缺陷的有效消除也提升了卤素离子迁移的能垒，进而提升了器件的光谱稳定性（图4D-E）。我校化学与材料科学学院应用化学系博士生宋永慧与访问学者葛晶讲师为该论文的共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、中国科学技术大学、合肥微尺度物质科学国家研究中心以及合肥同步辐射国家实验室的支持。文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq2321（合肥微尺度物质科学国家研究中心、化学与材料科学学院、科研部）

2012年12月14日，欧盟在官方公报上发布关于定向灯、发光二极管灯及相关设备的生态设计要求法规(EU) No 1194/2012，以执行ErP指令(2009/125/EC)。　　该法规建立了以下电气照明产品(包括集成到其他产品中的)上市的生态设计要求：　　(a) 定向灯 　　(b) 发光二极管灯(LED) 　　(c) 设计安装于电源和灯之间的设备, 包括灯控制器、控制装置和灯具(除了荧光灯和高强度放电灯的镇流器和灯具)。　　该法规还建立了特殊用途产品的信息要求。从2013年9月1日开始，特殊用途产品需符合列于附件I的信息要求。　　除了特殊用途产品，其他产品的生态设计要求列于附件III，分以下3个阶段实施：　　阶段1: 2013年9月1日　　阶段2: 2014年9月1日　　阶段3: 2016年9月1日　　该法规在公告后20天生效，直接适用于各成员国。

QLED（Quantum-dot Light Emitting Diode，量子点发光二极管）被誉为第三代 LED 技术。行业领军企业如小米、三星电子等已率先迈出步伐，成功将 QLED 技术应用于电视的产业化，其色彩表现力远超有机发光二极管（OLED）。同时，它也凭借其高亮度、长寿命以及低能耗等优势，吸引着越来越多研究人员的关注。 8月22日，河南大学申怀彬教授将做客 Wikispectra 大咖讲堂，为大家带来《II-VI 族量子点电致发光器件》课程。申教授以其深厚的学术功底和前瞻性的视野，深入剖析 II-VI 族量子点这一关键材料的核心参数（如光提取效率、内量子效率、电压效率等）对 QLED 性能的关键影响，并阐述其背后的调控机制。此外，申教授还将分享其研究团队近年在 II-VI 族量子点的开发、高亮度与稳定性 QLED 开发的最新成果。三星 OLED 与 QLED 电视屏幕色彩对比（图片来源于河南大学申怀彬教授课程）若您正投身于 QLED 领域的研究，或是对 QLED 技术抱有浓厚兴趣，诚邀您报名参加 8 月 22 日的线上讲座，申教授将亲临直播间答疑解惑！报名人数有限，请抓紧报名锁定席位！ 课程信息讲座课程 《II-VI 族量子点电致发光器件》讲座时间 8月22日 14:00- 16:30 推荐参加人员 从事 QLED 研发的研究人员从事 LED 或 OLED 材料开发，想要了解相关技术的研究人员对最新显示技术感兴趣的人 您将了解 QLED 当前存在的问题及解决手段QLED 运行机制II-VI 族量子点开发方向等 主讲人 申怀彬 教授河南大学纳米科学与材料工程学院国家优青，河南省特聘教授，河南省优秀专家，中原科技创新领军人才。申教授一直从事量子点发光材料及其电致发光器件（QD-LED）方向研究，创下三基色 QD-LED 亮度、效率、寿命等关键指标多项国际记录；共发表 SCI 论文 169 篇，第一/通讯累计发表 SCI 论文 82 篇，近五年，申教授以第一/通讯作者共发表包括 Nat. Photonics，Nat. Nanotechnol.，Nat. Rev. Electr. Eng.，Nat. Commun.，Nano Lett. 5 篇等在内的 SCI 论文48篇，影响因子10 论文 21 篇，ESI 高被引论文 9 篇；主持包括国家重点研发计划，国家自然科学基金委区域联合基金重点项目，国家自然科学基金-优秀青年项目等在内的国家级项目 6 项；授权国家发明专利 23 项，技术转让 7 项。 讲座安排 14:00-14:45QLED 中重要参数及影响因素 （介绍光提取、内量子效率、电压效率等的制约因素及调控手段） 14:45-15:10 报告人团队在 QLED 领域的研究进展（II-VI 族量子点开发、QLED 构筑进程，QLED 中复合机制最新见解等） 15:10-16:00 互动答疑 如何报名扫描海报中二维码或者点击文末左下方“阅读原文”，进入活动页面即可报名。联系我们陆女士，qianwen.lu@horiba.com，136 8187 2955 免责说明 HORIBA Scientific 公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者或互联网转载，目的在于传递更多信息用于分享，供读者自行参考及评述。文章版权、数据及所述观点归原作者或原出处所有，本平台未对文章进行任何编辑修改，不负有任何法律审查注意义务，亦不承担任何法律责任。若有任何问题，请联系原创作者或出处。

美国麻省理工学院研究团队发明了一种堆叠二极管以创建垂直、多色像素的方法，该方法可用于制作更清晰、无缺陷的显示器。研究成果近日发表在《自然》杂志上。多年来，单个像素的尺寸不断缩小，使得更多的像素能被封装到设备中以产生更清晰、更高分辨率的数字显示。但像计算机中的晶体管一样，发光二极管（LED）中的像素也正在接近其尺寸极限。这种限制在增强现实和虚拟现实设备的近距离显示中尤为明显，有限的像素密度会导致“屏幕门效应”，从而使用户感知到条纹。在新研究中，每个堆叠像素都可生成完整的颜色，宽度约为4微米。微型LED可实现每英寸5000像素的封装密度。这是目前已知最小的微型LED像素和最高像素密度。研究表明，垂直像素化是在更小的空间内实现更高分辨率的新方式。研究人员称，对于虚拟现实，目前它们看起来真实程度有限，但使用垂直微型LED，用户可获得完全身临其境的体验，且无法区分虚拟与现实。微型LED制造需要极高的精度，因为红色、绿色和蓝色的微型像素需要首先在晶圆上单独生长，然后精确地放置在板上，彼此精确对齐，以便正确反射和产生各种颜色和阴影。实现这种微观精度是一项艰巨的任务，如果发现像素不合适，则需要报废整个设备。麻省理工学院团队此次提出的是一种不需要精确地逐像素对齐的微型LED制造方法。与传统的水平像素排列相比，该技术是一种完全不同的垂直LED方法。在传统显示器中，每个红绿蓝像素都是横向排列的，这限制了可创建的每个像素的大小。垂直堆叠所有3个像素，理论上可将像素面积减少三分之一。作为演示，该团队制造了一个垂直LED像素，并展示了通过改变施加到每个像素的红色、绿色和蓝色膜上的电压，他们可在单个像素中产生各种颜色。到目前为止，他们已证明可刺激一个单独的结构来产生全光谱的颜色。

美国西北大学的研究人员研制出了一种小型中红外激光二极管，其转换效率超过50%。有关报道称这一成果是量子级联激光器(QCL)研究的重大突破，使量子级联激光器向多个领域的实际应用，包括对危险化学品的远程探测，迈出了重要一步。相关研究成果刊发在最近的《自然—光子学》(Nature Photonics)杂志网络版上。　　量子级联激光器是一种发光机制异于传统半导体激光器的新型二极管激光器，根据量子力学原理设计，其发光波长可覆盖中红外区域。与传统的二极管激光器不同，量子级联激光器是单极器件，仅需电子即可运作，利用电子在一维量子化的导带间的跃迁来实现发光。经过多年的研究和工业化开发，现代近红外(波长在1微米左右)激光二极管的转换效率已接近极值，而中红外(波长大于3微米)激光二极管却很难达到效率极值。先前的报道认为，即使冷却到低温状态，高效量子级联激光器的转换效率也不会高于40%。　　美国西北大学量子器件研究中心(CQD)的研究人员通过优化激光器设备的材料质量，在量子级联激光器效率方面取得了突破性进展。他们剔除了在低温条件下激光器操作中非必要的设计元素，研制出的新型激光器在温度冷却到40开尔文时，4.85微米波长光的转换效率达到了53%。　　该研究小组的领导者、美国西北大学麦考密克工程与应用科学学院电气工程和计算机科学教授玛尼杰拉泽吉认为，这种高效激光器的问世是一个重大突破，这是科学家们首次使激光器发出的光能超过热能。她强调，激光器的转换效率突破50%这个门槛，是一个里程碑式的成就。　　报道称，提高转换效率依然是目前激光器研究的首要目标。而新型设备所展现的高效率，可大大扩展量子级联激光器的功率标定范围。最近的研究表明，伴随着量子级联激光器的广泛发展，单体脉冲激光器的输出功率已高达120瓦特，而在一年前，只有34瓦特。　　该研究得到了美国国防部高级研究计划局高效中红外激光器(EMIL)项目和美国海军研究所的共同资助。

图片来源：物理学家组织网由韩国科学技术院电气工程学院和国家纳米制造中心科学家领导的联合研究团队宣布，他们使用MXene纳米技术，成功开发出了一款防水且透明的柔性有机发光二极管（OLED），新材料即使暴露在水中也能发光和透光，有望应用于汽车、时尚和功能性服装等领域。相关研究刊发于最新一期美国化学学会《ACS Nano》杂志。透明柔性显示器在包括汽车显示器、生物保健、军事和时尚等多个领域备受瞩目。但众所周知，当发生小变形时，它们很容易断裂。为解决这个问题，科学家们正在对许多透明的柔性导电材料，如碳纳米管、石墨烯、银纳米线和导电聚合物等开展积极研究。MXene是一种具有高电导率和透光率的二维材料，具有优异的电化学和光电性能，可通过溶液加工实现大规模生产。尽管拥有这些诱人特性，但其电性能很容易因空气中的湿气或水而劣化，因此其商业化备受挑战。为解决这一问题，研究团队使用了一种封装策略，可保护MXene材料免受湿气或氧气引起的氧化，进而开发出一种寿命长、抗外部环境因素稳定性高的MXene基OLED。新设计的双层封装薄膜，可阻挡水分并具有柔韧性。其顶部还贴有厚度为几微米的塑料薄膜，使其可在水中洗涤而不会降解。这款基于MXene的OLED，亮度达到1000坎德拉/平方米或更高，即使在阳光直射的户外也可拥有清晰的显示效果。此外，即使在水下浸泡6小时，该OLED的性能也能保持稳定。研究人员指出，最新研究将成为MXene应用于电气设备领域的指导方针，可应用于其他需要柔性透明显示器的领域。

品牌：BPCL是Biological& Physical Chemiluminescence的缩写，1995年开始对外使用；超微弱发光测量仪，英文Ultra-WeakLuminescence Analyzer。 BPCL超微弱发光测量仪，是生物与化学光子计数器，又俗称为化学发光分析仪，是我国原中科院系统科研人员自主研发的一种可探测超微弱生物发光和化学发光的分析仪器，是我国最早商品化的微弱光测量产品。BPCL倾注了老一辈科研工作者的心血，其研制为发光研究提供了有力的科研工具，推动了我国甚至国际发光研究的发展，目前被众多高校、研究院所使用，产生了具有重大社会和经济效益。 涉及研究方向包括：发光分析检测技术研究（如：流动注射发光分析、毛细管电泳发光分析、生物传感器发光分析、纳米材料发光分析、自由基临床检验）、自由基生物学研究、药物抗氧化剂研究、细胞学超微弱发光研究、肿瘤医学研究、农业种质研究、花卉果实超微弱发光研究及农作物抗逆性研究。 BPCL微弱发光测量仪现有19个型号产品，覆盖近紫外、可见及近红外光谱领域微弱光检测，同时还有光谱扫描、多样品测试、温控等型号产品，以适应不同领域研发需求。由于BPCL独特和先进的光探测技术，利用此仪器可测定10^-15瓦的光强度，测量10^-13瓦的微弱光影可给出1-2万/秒的计数率，这对于生物体、细胞、DNA等生命物质的超微弱发光研究尤为重要。通过独特的接口计数，该仪器可实时获得发光动力学曲线，最快采集速度可达0.1毫秒，可用于快速发光反应的监测。 任何有生命的物质都可以自发的或在外界因素诱导下辐射出一种极其微弱的光子流，这种现象称为生物的超微弱发光（UltraweakPhoton Emission），亦被称为生物系统超弱光子辐射、自发发光等。超微弱发光只有10^-5~ 10 ^-8hυ / s cm ，量子产额(效率)为10^-14~ 10 ^-9，波长范围为180~800nm，从红外到近紫外波段。1.BPCL电化学发光测试原理 电化学发光分析技术（Electrogeneratedchemiluminescence,ECL）。ECL是一种在电极表面由电化学引发的特异性化学发光反应。包括了两个过程。发光底物二价的三联吡啶钌及反应参与物三丙胺在电极表面失去电子而被氧化。氧化的三丙胺失去一个H成为强还原剂，将氧化型的三价钌还原成激发态的二价钌，随即释放光子恢复为基态的发光底物。最好的发光标记物-三联吡啶钌分子量小，结构简单。可以标记于抗原，抗体，核酸等各种分子量，分子结构的物质。从而具有最齐全的检测菜单。三联吡啶钌为水溶性，且高度稳定的小分子物质。保证电化学发光反应的高效和稳定，而且避免了本底噪声干扰。 简单来理解，ECL是在电极上施加一定的电压使电极反应产物之间或电极反应产物与溶液中某组分进行化学反应而产生的一种光辐射，其作为一种新的痕量分析手段越来越引人注目。1.1电化学反应过程 在工作电极上(阳极)加一定的电压能量作用下，二价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]2+释放电子发生氧化反应而成为三价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]3+，同时，电极表面的TPA也释放电子发生氧化反应而成为阳离子自由基 TPA+，并迅速自发脱去一个质子而形成三丙胺自由基TPA，这样，在反应体系中就存在具有强氧化性的三价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]3+和具有强还原性的三丙胺自由基TPA。1.2化学发光过程 具有强氧化性的三价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]3+和具有强还原性的三丙胺自由基 TPA发生氧化还原反应，结果使三价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]3+还原成激发态的二价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]2+，其能量来源于三价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]3+与三丙胺自由基TPA之间的电势差，激发态[Ru(bpy)3]2+以荧光机制衰变并以释放出一个波长为620nm光子的方式释放能量，而成为基态的[Ru(bpy)3]2+。1.3循环过程 上述化学发光过程后，反应体系中仍存在二价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]2+和三丙胺(TPA)，使得电极表面的电化学反应和化学发光过程可以继续进行，这样，整个反应过程可以循环进行。 通过上述的循环过程，测定信号不断的放大，从而使检测灵敏度大大提高，所以ECL测定具有高灵敏的特点。上述的电化学发光过程产生的光信号的强度与二价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]2+的浓度成线性关系。将二价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]2+与免疫反应体系中的一种物质结合，经免疫反应、分离后，检测免疫反应体系中剩余二价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]2+经上述过程后所发出的光，即可得知待检物的浓度。1.4电化学发光剂定义：指通过在电极表面进行电化学反应而发出光的物质。特点：反应在电极表面进行发光标记物/化学发光剂：三联吡啶钌Ru(bpy)32+共反应剂/电子供体为：三丙胺（TPA）电化学发光启动条件：直流电场反应产物：三丙胺自由基(TPA*)+620nm的光子最终检测信号：可见光强度反应特点：迅速、可控、循环发光三联吡啶钌“催化”三丙胺发出可见光2.BPCL化学/电化学发光分析领域的应用案例2.1 医学及药学领域 BPCL在临床上，其可直接或与免疫技术结合，通过化学/电化学发光技术，其可用于甲状腺激素、生殖激素、肾上腺/垂体激素、贫血因子、肿瘤标记物、癌细胞等物质的检测；另外，基于活性氧诱导的化学发光现象，其可实现体内及光治疗过程产生的活性氧的检测。2.1.1 Ru@SiO2表面增强电化学发光检测痕量癌胚抗原 癌胚抗原（CEA）被认为是反映人体中各种癌症和肿瘤存在的疾病生物标志物。体液中CEA的灵敏检测利于癌症的临床诊断和治疗评估。 在此，本文提出了一种基于Ru（bpy）32+的局域表面等离子体共振（LSPR）增强电化学发光（ECL）超灵敏测定人血清中CEA的新方法。在这种表面增强ECL（SEECL）传感方案中，Ru（bpy）32+掺杂的SiO2纳米颗粒(Ru@SiO2)并且AuNPs用作LSPR源以增强ECL信号。两种不同种类的CEA特异性适体在Ru@SiO2和AuNP。在CEA存在的情况下Ru@SiO2-将形成AuNPs纳米结构。我们的研究表明Ru@SiO2可以通过AuNP有效地增强。一层Ru@SiO2-AuNPs与不存在AuNP的纳米结构的ECL相比，纳米结构将产生约3倍的ECL增强。通过多层Ru@SiO2-AuNPs纳米架构。在最佳条件下，人血清CEA的检测限为1.52×10^-6ng/mL。 据我们所知，对于ECL传感器，从未报道过具有如此低LOD的CEA测定。2.1.2 基于连接探针的电化学发光适体生物传感器，检测超痕量凝血酶的信号 基于结构切换电化学发光猝灭机制，本文中开发了一种用于检测超痕量凝血酶的新型连接探针上信号电化学发光适体生物传感器。ECL适体生物传感器包括两个主要部分：ECL底物和ECL强度开关。ECL衬底是通过修饰金电极（GE）表面的Au纳米颗粒和钌（II）三联吡啶（Ru（bpy）32+–AuNPs）的络合物制成的，ECL强度开关包含三个根据“结-探针”策略设计的探针。 第一种探针是捕获探针（Cp），其一端用巯基官能化，并通过S–Au键共价连接到Ru（bpy）32+–AuNPs修饰的GE上。 第二个探针是适体探针（Ap），它含有15个碱基的抗凝血酶DNA适体。 第三种是二茂铁标记探针（Fp），其一端用二茂铁标签进行功能化。 文中证明，在没有凝血酶的情况下，Cp、Ap和Fp将杂交形成三元“Y”结结构，并导致Ru（bpy）32+的ECL猝灭。然而，在凝血酶存在的情况下，Ap倾向于形成G-四链体适体-凝血酶复合物，并导致Ru（bpy）32+的ECL的明显恢复，这为凝血酶的检测提供了传感平台。利用这种可重复使用的传感平台，开发了一种简单、快速、选择性的ECL适体生物传感器信号检测凝血酶，检测限为8.0×10^-15M。 本生物传感器的成功是朝着在临床检测中监测超痕量凝血酶的发展迈出的重要一步。2.1.3 Ru（phen）32+掺杂二氧化硅纳米粒子的电化学发光共振能量转移及其在臭氧“开启”检测中的应用 首次报道了灵敏检测臭氧的电化学发光（ECL）方法和利用臭氧进行电化学发光共振能量转移（ECRET）的方法。 它是基于Ru（phen）32+掺杂的二氧化硅纳米颗粒（RuSiNPs）对靛蓝胭脂红的ECRET。在没有臭氧的情况下，RuSiNP的ECL由于RuSiNP对靛蓝胭脂红的ECRET而猝灭。在臭氧存在的情况下，系统的ECL被“打开”，因为臭氧可以氧化靛蓝胭脂红，并中断从RuSiNP到靛蓝胭脂的ECRET。通过这种方式，它通过所提出的基于RuSiNP的ECRET策略提供了臭氧的简单ECL传感，线性范围为0.05-3.0μM，检测限（LOD）为30nM。检测时间不到5分钟。该方法也成功应用于人体血清样品和大气样品中臭氧的分析。2.1.4 用二极管实现数码相机灵敏视觉检测，使无线电极阵列芯片的电化学发光强度提高数千倍 首次报道了无线电化学发光（ECL）电极微阵列芯片和通过在电磁接收器线圈中嵌入二极管来显著提高ECL。新设计的设备由一个芯片和一个发射机组成。该芯片有一个电磁接收线圈、一个迷你二极管和一个金电极阵列。该微型二极管可以将交流电整流为直流电，从而将ECL强度提高18000倍，从而能够使用普通相机或智能手机作为低成本探测器进行灵敏的视觉检测。使用数码相机检测过氧化氢的极限与使用基于光电倍增管（PMT）的检测器的极限相当。与基于PMT的检测器相结合，该设备可以以更高的灵敏度检测鲁米诺，线性范围从10nM到1mM。由于具有高灵敏度、高通量、低成本、高便携性和简单性等优点，它在护理点检测、药物筛选和高通量分析中很有前途。2.1.5 中晶体和仿生催化剂调控肿瘤标志物的比例电化学发光免疫分析 本文以壳聚糖功能化碘化银（CS-AgI）为仿生催化剂，研制了一种基于八面体锐钛矿介晶（OAM）载体的比率电化学发光免疫传感器，用于α胎儿蛋白（AFP）的超灵敏测定。所提出的系统是通过选择鲁米诺和过硫酸钾（K2S2O8）作为有前途的ECL发射单元来实现的，因为它们具有潜在的分辨特性和最大发射波长分辨特性。采用具有高孔隙率、定向亚基排列和大表面积的OAM吸附鲁米诺形成固态ECL，并作为亲和载体首次固定了大量AFP（Ab）抗体。 此外，发现CSAgI具有仿生催化剂活性，可以催化作为鲁米诺和K2S2O8共同助反应剂的过氧化氢的分解，从而放大了双ECL响应。当生物传感器在CSAgI标记的AFP的混合溶液中孵育时(CS-AgI@AFP)和目标AFP，这是由于对CS-AgI@AFP和目标AFP与AbCS-AgI@AFP固定化Ab捕获的蛋白质随AFP浓度的增加而减少，因此，双ECL反应减少。基于两个激发电位下ECL强度的比值，这种提出的比率ECL策略通过竞争性免疫反应实现了对α胎儿蛋白的超灵敏测定，线性检测范围为1fg/ml至20ng/ml，检测限为1fgg/ml2.1.6 一种新型放大电化学发光生物传感器(基于AuNPs@PDA@CuInZnS量子点纳米复合材料)，用于p53基因的超灵敏检测 在这项工作中，首次设计了一种基于Au的新型表面等离子体共振（SPR）增强电化学发光（ECL）生物传感模型NPs@polydopamine（PDA）@CuInZnS量子点纳米复合材料。 通过静电力用PDA层涂覆AuNP。CuInZnS量子点结合在Au表面NPs@PDA纳米复合材料。CuInZnS量子点在传感应用中起到了ECL发光体的作用。PDA壳层不仅控制了AuNPs和QDs之间的分离长度以诱导SPR增强的ECL响应，而且限制了电势电荷转移和ECL猝灭效应。结果，纳米复合材料的ECL强度是具有K2S2O8的量子点的两倍。在扩增的ECL传感系统中检测到肿瘤抑制基因p53。 该传感方法的线性响应范围为0.1nmol/L至15nmol/L，检测限为0.03nmol/L。基于该纳米复合材料的DNA生物传感器具有良好的灵敏度、选择性、重现性和稳定性，并应用于加标人血清样品，取得了满意的结果。2.1.7铕多壁碳纳米管作为新型发光体，在凝血酶电化学发光适体传感器中的应 提出了一种新的电化学发光（ECL）适体传感器，用于凝血酶（TB）的测定，该传感器利用核酸外切酶催化的靶循环和杂交链式反应（HCR）来放大信号。捕获探针通过Au-S键固定在Au-GS修饰的电极上。随后，捕获探针和互补凝血酶结合适体（TBA）之间的杂交旨在获得双链DNA（dsDNA）。TB与其适体之间的相互作用导致dsDNA的解离，因为TB对TBA的亲和力高于互补链。在核酸外切酶存在的情况下，适体被选择性地消化，TB可以被释放用于靶循环。通过捕获探针的HCR和两条发夹状DNA链（NH2-DNA1和NH2-DNA1）形成延伸的dsDNA。然后，可以通过NH2封端的DNA链和Eu-MWCNT上的羧基之间的酰胺化反应引入大量的铕多壁碳纳米管（Eu-MWCNTs），导致ECL信号增加。 多种扩增策略，包括分析物回收和HCR的扩增，以及Eu-MWCNTs的高ECL效率，导致宽的线性范围（1.0×10-12-5.0×10-9mol/L）和低的检测限（0.23pmol/L）。将该方法应用于血清样品分析，结果令人满意。2.2 环境领域 采用BPCL已建立了众多灵敏快速检测环境污染物、环境激素、环境干扰物、自由基的发光分析方法。此外有有研究人员将其与臭氧化学发光结合应用于水体COD分析。其突出优点是仪器方法简单、易操作、线性范围宽、灵敏度高。 2.2.1 Fenton体系降解持久性氯化酚产生本征化学发光的机理：醌类和半醌自由基中间体的构效关系研究及其关键作用 在环境友好的高级氧化过程中，所有19种氯酚类持久性有机污染物都可以产生本征化学发光（CL）。然而，结构-活性关系（SAR，即化学结构和CL生成）的潜在机制仍不清楚。在这项研究中，本文中发现，对于所有19种测试的氯酚同系物，CL通常随着氯原子数量的增加而增加；对于氯酚异构体（如6种三氯苯酚），相对于氯酚的-OH基团，CL以间-＞邻-/对-CL取代基的顺序降低。 进一步的研究表明，在Fenton试剂降解三氯苯酚的过程中，不仅会产生氯化醌中间体，而且更有趣的是，还会产生氯化半醌自由基；其类型和产率由OH-和/或Cl取代基的定向效应、氢键和空间位阻效应决定。 更重要的是，观察到这些醌类中间体的形成与CL的产生之间存在良好的相关性，这可以充分解释上述SAR发现。 这是关于醌和半醌自由基中间体的结构-活性关系研究和关键作用的第一份报告，这可能对未来通过高级氧化工艺修复其他卤代持久性有机污染物的研究具有广泛的化学和环境意义。2.2.2 介质阻挡放电等离子体辅助制备g-C3N4-Mn3O4复合材料，用于高性能催化发光H2S气体传感 提出了一种新的、简单的基于介质阻挡放电（DBD）等离子体的快速制备g-C3N4-Mn3O4复合材料的策略。所获得的g-C3N4-Mn3O4可作为一种优良的H2S气体传感催化发光（CTL）催化剂，具有优异的选择性、高灵敏度、快速稳定的响应。 基于所提出的传感器能够检测到亚ppm水平的H2S，为在各个领域监测H2S提供了一种极好的替代方案。采用SEM、TEM、XPS、XRD、N2吸附-脱附等测试手段对合成的传感材料进行了表征。该复合材料具有较小的颗粒尺寸和较大的比表面积，这可能归因于氧化非平衡等离子体蚀刻。 此外，该合成以Mn2+浸渍的g-C3N4为唯一前驱体，以空气为工作气体，不含溶剂、额外的氧化剂/还原剂或高温，具有结构简单、操作方便、速度快等优点，并且它可以容易地大规模实施，并扩展到制造用于不同目的的各种金属氧化物改性复合材料。2.2.3表面增强电化学发光，用于汞离子痕量的检测 Ru(bpy) 3^2+的电化学发光（ECL）在分析化学中有着广泛的应用。在此，我们提出了一种通过金纳米棒（AuNR）的局域表面等离子体共振（LSPR）来增强Ru(bpy)3^2+的ECL的新方法。 我们的研究表明，通过控制Ru(bpy)3^2+与AuNRs表面之间的距离，可以大大增强ECL强度。我们将这种表面等离子体激元诱导的ECL增强称为表面增强电化学发光（SEECL）。利用这种SEECL现象来制备用于痕量Hg2+检测的生物传感器。SEECL生物传感器是通过在金电极表面自组装AuNRs和富含T的ssDNA探针来制备的。随着Hg2+的存在，ssDNA探针的构象通过形成T-Hg2+-T结构而变为发夹状结构。Ru(bpy)3^2+可以插入发夹结构DNA探针的凹槽中产生ECL发射，AuNR的LSPR可以增强ECL发射。传感器的ECL强度随着Hg2+浓度的增加而增加，并且在水溶液中达到10fMHg2+的检测极限。研究了AuNR不同LSPR峰位对生物传感器灵敏度的影响。 结果表明，Ru(bpy)3^2+的LSPR吸收光谱和ECL发射光谱之间的良好重叠可以实现最佳的ECL信号增强。2.3 农林业领域 BPCL在农业上有着十分广阔的应用价值。植物的超弱发光来自于体内的核酸代谢、呼吸代谢以及各种氧化还原过程，它变化与植物体内的生理生化变化密切相关．边种广泛存在于体内的自发辐射与机体代谢活动、能量转化之间存在着磐然的联系．因此，利用它作为代谢指标的应用研究就很快引起了广泛的重视。 超弱发光可以作为一种反映生命过程及变化的极其灵敏的指标。另一方面，由于植物的超弱发光与环境密切相关，在不同植物、不同的环境条件下超弱发光均有所不同。 BPCL可以探测植物的超弱发光，研究植物的盐碱、抗旱、抗热、抗寒乃至抗病的指标，从而为抗逆性育种提供一种新的灵敏的物理方法。植物的超弱发光能在一定程度上反映植物生活力的大小，所以可用超弱发光鉴定植物或种子的活力．用超弱发光鉴定种子的活力用样品量少又不破坏种子，对于种子量少的珍贵品种极其有益。此外，BPCL还可以用于农蔬作物新鲜度的评价、污染物残留量分析、辐照食品的检测。2.3.1 基于生物延迟发光，评价玉米萌发期抗旱性。（西安理工大学习岗） 玉米种子萌发抗旱性评价是节水农业研究中的难点和热点问题之一，生物延迟发光分析技术的应用有可能解决这一问题。采用生物延迟发光评价方法研究了玉米种子萌发期的抗旱性能力,延迟发光积分强度的升高有不同的抑制作用,胁迫强度越大。以下为玉米萌发过程中的延迟发光积分强度的变化：2.3.2 盐胁迫下绿豆幼苗的超微弱发光（山东理工大学王相友） 对不同 NaCl 浓度胁迫下绿豆种子早期萌发时的超微弱发光变化进行了初步研究。结果表明，随 NaCI 浓度的增加，绿豆胚根的生长速度(根长)减慢，生长受到明显抑制，其超微弱发光的强度显著下降。萌发期间，SOD 活性随着盐浓度的增加而降低，其活性与生物光子强度有极为密切的关系。 这些结果表明生物超微弱发光探测技术有可能成为植物盐胁迫研究的有效工具，对于进一步理解盐胁迫机理有一定的意义。2.3.3 苹果成熟过程中超弱发光强度与果实跃变的关系（山东理工大学王相友） 用1-甲基环丙烯(1-methyicyclopropene,1-MCP)和乙烯利两种化学药剂，测定了红富士苹果果实超弱发光强度的变化及与乙烯释放、呼吸的关系。 结果显示,各处理果实超弱发光强度的变化与呼吸、乙烯释放速率的变化趋势相似,均有明显的高峰出现,且出峰时间一致。乙烯利处理加速了果实软化,使果实超弱发光强度峰直出现时间提前,并加速了果实跃变后超弱发光强度的衰减:1-MCP 处理延缓了果实的衰老,使果实超弱发光强度峰值推迟,并减弱了峰值过后超弱发光强度的衰减。超弱发光强度能反映富士苹果成熟过程中代谢的变化。2.4 材料领域2.4.1 有机改性水滑石量子点纳米复合材料作为新型化学发光共振能量转移探针 在本工作中，通过在有机改性的LDH外表面上以十二烷基苯磺酸钠双层束的形式高度有序和交替地组装痕量CdTe量子点，制备了定向发光量子点（QD）-层状双氢氧化物（LDH）纳米复合材料。 有趣的是，新型QD-LDH纳米复合材料可以显著增强鲁米诺-H2O2体系的化学发光（CL），这归因于H2O2对QD氧化的抑制、辐射衰减率的增加以及对QDs的非辐射弛豫的抑制。 此外，以鲁米诺为能量供体，以固体发光QD-LDH纳米复合材料为能量受体进行信号放大，制备了一种新型的基于流通柱的CL共振能量转移。通过使用鲁米诺-H2O2CL系统测定H2O2来评估该流通柱的适用性。CL强度在0.5至60μM的浓度范围内对H2O2表现出稳定的响应，检测限低至0.3μM。 最后，该方法已成功应用于雪样品中H2O2的检测，结果与标准分光光度法一致。我们的研究结果表明，新型发光量子点-LDH纳米复合材料将用于高通量筛选具有不同尺寸量子点的复杂系统。2.4.2 油膜碳糊电极热电子诱导阴极电化学发光及其在邻苯二酚纳摩尔测定中的应用 首次在油膜覆盖碳糊电极（CPE）上研究了Ru(bpy)32+/S2O82-体系在阴极脉冲极化下的热电子诱导阴极电化学发光。与其他电极相比，CPE具有更低的背景、更好的稳定性和再现性。该方法也适用于邻苯二酚的测定。 在最佳条件下，在2.0*10^-10mol/L~4.0*10^-9 mol/L和4.0*10^-9mol/L~4.0*10^-7 mol/L范围内，观察到猝灭ECL强度（DI）与邻苯二酚浓度对数（logCcatechol）之间的线性相关性，检测限（LOD）为2.0*10^-10mol/L，低于其他报道的方法。 将该方法应用于水库水中邻苯二酚的测定。平均回收率为83.3%–99.0%，相对标准偏差为0.8%–2.2%。2.4.3 等离子体辅助增强Cu/Ni金属纳米粒子的超弱化学发光 采用具有类似Kirkendall效应的简单水溶液法合成了具有稳定荧光和良好水分散性的Cu/Ni纳米颗粒。60±5nm铜镍摩尔比为1:2的Cu/NiNP显著增强了碳酸氢钠（NaHCO3）与过氧化氢（H2O2）在中性介质中氧化反应产生的超微弱化学发光（CL）。时间依赖性CL的增强取决于NP的组成和试剂添加的顺序。 在研究CL发射光谱、电子自旋共振光谱、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的基础上，提出了等离子体辅助金属催化这种金属NP（MNP）增强CL的机理。MNP的表面等离子体可以从化学反应中获得能量，形成活化的MNP（MNP*），与OH自由基偶联产生新的加合物OH-MNP*。OH-MNP*可以加速HCO3-生成发射体中间体（CO2）2*的反应速率，从而提高整个反应的CL。2.5 食品领域 BPCL可以用于食品中的微生物/病原体及其毒素、痕量金属离子、抗生素、氧自由基、含氮、硫、磷物质、抗坏血酸、有机酸以及辐照食品的分析检测。2.5.1 基于光谱阵列的单一催化发光传感器及其在葡萄酒鉴定中的应用 识别复杂混合物，特别是那些成分非常相似的混合物，仍然是化学分析中一个具有挑战性的部分。本文利用MgO纳米材料在封闭反应池（CRC）中构建的单一催化发光（CTL）传感器来识别醋。它可以提供这种类型的高度多组分系统的原型。通过扫描反应期间分布在15个波长的CTL光谱，获得了醋的光谱阵列图案。这些就像他们的指纹。然后通过线性判别分析（LDA）对阵列的CTL信号进行归一化和识别。对九种类型和八个品牌的醋以及另外一系列的人造样品进行了测试；人们发现这项新技术能很好地区分它们。 这种单一传感器在实际应用中表现出了对复杂混合物分析的良好前景，并可能提供一种识别非常相似的复杂分析物的新方法。2.5.2 层状双氢氧化物纳米片胶体诱导化学发光失活对食品中生物胺浓度的影响 通过氢键识别打开/关闭荧光和视觉传感器在文献中已经明确确立。显然没有充分的理由忽视氢键诱导的化学发光失活(CL)。 在本工作中，作为新型CL催化剂和CL共振能量转移受体(CRET)，层状双氢氧化物(LDH)纳米片胶体可以显著提高双(2,4,6-三氯苯基)草酸盐(TCPO)-H2O2体系的CL强度。另一方面，生物胺可以选择性地抑制LDH纳米片TCPO–H2O2系统的CL强度，这是由于光致发光LDH纳米片通过O–H…N键取代O–HO键而失活的结果。 此外，组胺被用作食品腐败的常见指标，发现CL强度与组胺浓度在0.1–100uM范围内呈线性关系，组胺(S/N=3)的检测限为3.2nM。所提出的方法已成功应用于追踪变质鱼类和猪肉样品的组胺释放，显示出这些样品中生物胺水平的时间依赖性增加。2.5.3 碳酸盐夹层水滑石增强过氧亚硝酸化学发光,检测抗坏血酸的高选择性 在本研究中，发现Mg-Al碳酸酯层状双氢氧化物（表示为Mg-Al-CO3LDHs）催化过氧硝酸（ONOOH）的化学发光（CL）发射。CL信号的增强是由于过亚硝酸根（ONOO）通过静电吸引在LDHs表面的浓度，这意味着ONOO可以容易有效地与嵌入的碳酸盐相互作用。此外，抗坏血酸可以与ONOO或其分解产物（例如_OH和_NO2）反应，导致Mg-Al-CO3-LDHs催化的ONOOH反应的CL强度降低。 基于这些发现，以Mg-Al-CO3-LDHs催化的ONOOH为新的CL体系，建立了一种灵敏、选择性和快速的CL法测定抗坏血酸。CL强度在5.0至5000nM的范围内与抗坏血酸的浓度成比例。检测限（S/N=3）为0.5nM，9次重复测量0.1mM抗坏血酸的相对标准偏差（RSD）为2.6%。 该方法已成功应用于商业液体果汁中抗坏血酸的测定，回收率为97–107%。这项工作不仅对更好地理解LDHs催化的CL的独特性质具有重要意义，而且在许多领域具有广泛的应用潜力，如发光器件、生物分析和标记探针。2.6 气相催化发光2.6.1 基于纳米ZnS的四氯化碳催化发光气体传感 基于四氯化碳在空气中氧化纳米ZnS表面的催化发光（CTL），提出了一种新的灵敏的气体传感器来测定四氯化碳。详细研究了其发光特性及最佳工艺条件。 在优化的条件下，CTL强度与四氯化碳浓度的线性范围为0.4–114ug/mL，相关系数（R）为0.9986，检测限（S/N=3）为0.2ug/mL。5.9ug/mL四氯化碳的相对标准偏差（R.S.D.）为2.9%（n=5）。 对甲醇、乙醇、苯、丙酮、甲醛、乙醛、二氯甲烷、二甲苯、氨和三氯甲烷等常见异物无反应或反应较弱。在4天的40小时内，传感器的催化活性没有显著变化，通过每小时收集一次CTL强度，R.S.D.小于5%。该方法简便灵敏，具有检测环境和工业中四氯化碳的潜力。2.6.2 珊瑚状Zn掺杂SnO2的一步合成及其对2-丁酮的催化发光传感 将一维纳米级构建块自组装成功能性的二维或三维复杂上部结构具有重要意义。在这项工作中，我们开发了一种简单的水热方法来合成由纳米棒组装的珊瑚状Zn掺杂SnO2分级结构。利用XRD、SEM、TEM、XPS、FTIR和N2吸附-脱附对所得样品的组成和微观结构进行了表征。通过研究在不同反应时间合成的样品，探讨了生长机理。作为催化发光（CTL）气体传感器的传感材料，这种珊瑚状Zn掺杂的SnO2表现出优异的CTL行为（即，与其他15种常见的挥发性有机化合物（VOC）相比，具有高灵敏度、对2-丁酮的优异选择性以及快速响应和回收）。在相同的条件下测试了SnO2样品的三种不同Zn/Sn摩尔比，以证明Zn掺杂浓度对传感性能的影响。在最佳实验条件下，进一步研究了基于1∶10Zn掺杂SnO2传感材料的CTL传感器对2-丁酮的分析特性。气体传感器的线性范围为2.31–92.57ug/mL（R=0.9983），检测限为0.6ug/mL(S/N=3)。2.6.3 缺陷相关催化发光法检测氧化物中的氧空位 氧空位可以控制氧化物的许多不同性质。然而，氧空位的快速简单检测是一个巨大的挑战，因为它们的种类难以捉摸，含量高度稀释。在这项工作中，本文中发现TiO2纳米颗粒表面乙醚氧化反应中的催化发光（CTL）强度与氧空位的含量成正比。氧空位依赖性乙醚CTL是由于氧空位中大量的化学吸附O2可以促进其与化学吸附的乙醚分子的接触反应，从而显著提高CTL强度。因此，乙醚CTL可以用作TiO2纳米颗粒中氧空位的简单探针。通过检测金属离子掺杂的TiO2纳米粒子（Cu、Fe、Co和Cr）和氢处理的TiO2纳米粒子在不同温度下在具有可变氧空位的TiO2表面上的乙醚CTL强度，验证了其可行性。本CTL探针测得的氧空位含量与常规X射线光电子能谱（XPS）技术测得的结果基本一致。与已经开发的方法相比，所开发的CTL探针的优越性能包括快速响应、易于操作、低成本、长期稳定性和简单配置。本文认为氧空位敏感的CTL探针在区分氧化物中的氧空位方面具有很大的潜力。

由2014年诺贝尔物理学奖获得者、日本名古屋大学材料与系统可持续发展研究所的天野弘领导的一个研究小组，与旭化成株式会社合作，成功地对深紫外激光二极管（波长低至UV-C区）进行了世界上第一个室温连续波激光发射。研究结果近日发表在《应用物理快报》上，代表这项技术朝着广泛应用迈出了一步。　　从2017年开始，天野弘研究小组与提供2英寸氮化铝基板的旭化成公司合作，开始开发深紫外激光二极管。起初，向该装置注入足够的电流太困难，阻碍了紫外可见（UV-C）激光二极管的进一步发展。　　2019年，天野弘的研究小组使用偏振诱导掺杂技术解决了上述问题，首次制造了一种短波长的UV-C半导体激光器，它可以在短脉冲电流下工作。这些电流脉冲所需的输入功率为5.2W，这对于连续波激光来说太高了，因为功率会导致二极管迅速升温并使激光停止。　　研究人员此次重塑了设备本身的结构，将激光器在室温下运行所需的驱动功率降低至仅1.1W。研究人员发现，强晶体应变会阻碍有效电流路径。通过巧妙地剪裁激光条纹的侧壁，他们克服了缺陷，实现了流向激光二极管有源区的高效电流，并降低了工作功率。　　这项研究是半导体激光器在所有波长范围内实际应用和发展的一个里程碑。未来，UV-C激光二极管可应用于医疗保健、病毒检测、颗粒物测量、气体分析和高清晰度激光处理，尤其有利于需要消毒手术室和自来水的外科医生和护士们。

有机光感测器(OPD)、量子点光感测器(QDPD)、钙钛矿光感测器(PPD)、新型材料光感测器、雪崩光电二极管(APD)等光电器件的研究一直是非常热门的领域。近期波兰Military University of Technology的Martyniuk教授领导的团队以及中科院上海技术物理研究所的合作者,展示了基于红外的APD目前状态和未来发展。加州大学戴维斯分校（UC Davis）的研究人员，正在开发一种提高矽薄膜光吸收率的策略，采用微米和奈米结构的新型光感测器设计，其性能提升可与砷化镓( GaAs) 和其他III-V 族半导体相媲美。麻省理工学院（MIT）的研究人员在一项突破性的研究中证明了新型光伏奈米粒子发射出一串相同光子的发展潜力，这项发现可能会革新量子计算和量子传输设备的领域。来自哥本哈根大学和明斯特大学的Patrik Sund与其研究团队，成功研发出一种薄膜锂铌酸盐的集成光子平台，并与固态单光子源进行整合，进一步推动了光子量子计算的发展。因此,检测与分析光电器件(探测器或光伏器件)的光电转换过程具有重要意义。基于对客户需求的理解,光焱科技推出了光电响应测试与分析仪PD-RS，並成功帮助客户完成设备安装。PD-RS 可得出光电器件光电转换过程的重要参数，包含恒定光强脉冲光的光电流时间响应变光强光电流与响应度变化测试(LDR)-3dB 频率响应测试Rise/ Fall time检查与分析从而了解光电器件的内部结构与载流子动力学、材料组成与器件结构对载流子动力学的影响关系。这为评价光电器件性能与改进设计提供了重要参考。

【重点摘要】硅光电二极管的刚性结构给大面积低成本扩展带来困难,限制了它在一些新兴应用中的使用。通过详细的表征方法,揭示了基于聚合物体异质结的有机光电二极管中,收集电荷的电极对低频噪声的影响。经过优化的有机光电二极管在可见光范围内的各项指标(响应时间除外)可媲美低噪声硅光电二极管。溶液处理制备的有机光电二极管提供了一些设计机会,例如用于生物识别监测的大面积柔性环形有机光电二极管,其性能可达到硅器件的水平。【硅光电二极管的局限性】 数十年来,硅光电二极管一直是光检测技术的基石,但它们的结构刚性给大面积低成本扩展应用带来许多局限。这给新兴的光电检测应用带来挑战。为实现更大面积的光电检测以及柔性基片上低成本光电二极管的制作,我们需要寻找新的材料体系。【有机光电二极管的低频噪声特性】 有机光电二极管常基于聚合物制成,具有结构灵活性等优势。研究人员通过详细的表征方法学,考察了这类二极管低频电子噪声的来源,发现负责收集电荷的电极对低频噪声有重要影响。这为设计低噪声的有机光电二极管奠定了基础。【有机光电二极管的指标表现】 经过优化设计后,有机光电二极管的大多数指标已可达到商用硅光电二极管的水平,特别是在可见光范围内。例如响应度、灵敏度、线性度、功耗等。它们的响应时间仍比不上硅二极管,但对大多数视频速率的应用已经足够。【应用展望】 溶解性的有机光电二极管制造过程为它们带来了许多应用机会。例如,大面积柔性的环形有机光二极管可用于生物识别监测。此类二极管成本低,可在多种非平面基片上制作,性能已达商用硅器件的水平。它们有望在新兴的光电子学领域大放异彩。图1 硅光电二极管(SiPD)与有机光电二极管(OPD)性能比较(A) OPD 尺寸结构。(B)测量所得光谱响应度。EQE,外量子效率。(C) 测量所得光照度依赖的光电流和响应度。LDR,线性动态范围。(D) 测量所得均方根噪声电流、噪声当量功率 (NEP)和特定探测度统计框图(_N_代表数据点数量)。Max,最大值 Min,最小值。图2 SiPD 和 OPD 中的稳态暗电流密度和电子噪声特性(A) 电压依赖的暗电流密度。Exp.,实验值。(B) 反向偏置下,建模和测量所得均方根噪声电流比较。图3 SiPD 和 OPD 中的时域响应特性(A) 负载电阻依赖的 10-90% 上升和下降响应时间。(B) 525 nm处频率依赖的归一化响应度。图4 弯曲 OPD(Flex-OPD)及其在光电容积图(PPG)中的应用(A) Flex-OPD 器件几何结构。PES,聚醚砜。(B) 小面积、大面积 Flex-OPD 和大面积 OPD 中的均方根噪声电流、响应度、NEP 和特定探测度统计框图。(C) S1133 SiPD 和环形 Flex-OPD PPG 阵列原理图(上) 手指反射模式 PPG 信号的 SiPD 和不同功率红色 LED驱动的环形 Flex-OPD PPG 阵列比较(下)。

提高光电二极管的量子效率 (QE) 可以通过多种方法实现：优化材料特性：选择吸收系数较高的材料可以增强光子吸收，从而提高QE。表面钝化：最大限度地减少表面缺陷和复合中心可以减少电子空穴对复合，从而提高 QE。抗反射涂层：应用减少反射的涂层可以增加进入光电二极管的光子数量，从而增强 QE。器件几何优化：设计具有最佳厚度和几何形状的光电二极管可以提高光吸收和载流子收集效率。增强光捕获：在光电二极管内采用捕获光的结构或技术可以增加与光子的相互作用长度，从而提高 QE。这些方法中的每一种都针对光电二极管操作的不同方面，以最大限度地提高其将光转换为电信号的效率。图 抗反射 (AR) 涂层对不同波长范围内光电二极管的量子效率 (QE) 的积极影响。QE 以百分比形式测量，表示光电二极管将入射光子转换为电流的效率。不同的曲线代表具有不同结构或材料的光电二极管，它们吸收不同波长范围的光。从图中可以明显看出，增透膜的应用增强了所有三种类型光电二极管的 QE。涂层减少了表面的光子反射，允许更多的光被吸收并转化为电信号，从而直接提高 QE。当具有增透膜的曲线与没有增透膜的曲线相比达到更高的百分比值时，这一点尤其明显。光伏检测请搜寻光焱科技

p　　据物理学家组织网16日报道，英国国家物理实验室（NPL）的研究人员研制出了一种全光二极管，新二极管能被用于微型光子电路中，有望为微纳光子学芯片提供廉价高效的光二极管，从而对光子芯片和光子通信等领域产生重要影响。/pp　　北京大学现代光学研究所研究员肖云峰对科技日报记者解释说：“二极管能传输一个方向上的电流，但却阻挡反向电流，是几乎所有电子电路的基本组成元件，但现有的光学二极管需要大块磁光晶体，严重阻碍了其在微纳尺度上的集成，成为集成光子学领域面临的重大挑战之一。”/pp　　在新研究中，帕斯卡· 德尔海耶博士领导的团队将光发射到一个微谐振器（一个硅芯片上的玻璃微环）内。尽管微环直径仅与人头发丝相当，却可使光在微环内来回传播。利用微环增强的光学克尔效应，该团队制造出了新的全光二极管。新二极管仅能在一个方向上传输光，且可集成到微纳光子电路中，因此，克服了二极管需要大块磁光晶体这一限制。/pp　　德尔海耶强调称：“这些二极管有望为微光芯片提供廉价高效的光二极管，也将为可用于光学计算的新型集成光子电路铺平道路，还可能对未来的光子通信系统产生重大影响。”/pp　　据悉，中国科学家也在该领域获得了较好的成果，例如中国科学技术大学董春华博士利用微腔光力相互作用，得到了全光控制的非互易微腔器件，包括全光二极管和环形器等。/pp　　肖云峰说：“尽管最新研究并非第一个全光二极管，但获得的器件具有操作简单、隔离度高等特点，是一个很有潜力的方案。当然，与现有的全光二极管方案类似，基于谐振腔的全光二极管往往存在带宽限制，仅能在较窄的谐振模式内工作。未来还需进一步研究，突破其限制。”/p

日前，岛津公司研发的光纤耦合型高亮度蓝光直接二极管激光器「BLUE IMPACT」获得了日刊工业新闻社主办的 “2015年度超级部件制造大奖”。该奖项主要用于表彰对日本产业、社会发展作出突出贡献的部件及部材。共分为“机械”、“电子电器”、“汽车”、“环境”、“健康/医疗器械”、“生活相关”六大领域，分别予以表彰。从2007年起直至去年，岛津公司装置类产品曾连续八年获奖，但斩获“超级部件制造大奖”尚属首次。 光纤耦合型高亮度蓝光直接二极管激光器「BLUE IMPACT」（左）10月13日格兰皇宫饭店颁奖仪式现场（右） 本次荣获“超级部件制造大奖”的光纤耦合型高亮度蓝光直接二极管激光器「BLUE IMPACT」采用了蓝光氮化镓类半导体激光，是全球首个完成产品化的激光加工用光源。 本产品采用岛津特有技术，通过将多个激光元件多重合成为直径100μ m以下的微细光纤，在维持高输出效率的同时，实现了世界顶尖水平的能源密度。原来经常使用的红外半导体激光，在进行金、铜等材料加工时，由于金、铜吸收红外光较少，很难完成加工。但光纤耦合型高亮度蓝光直接二极管激光器可以作为这些材料的微细加工光源使用。 【本产品相关评价】 光纤耦合型高亮度蓝光直接二极管激光器「BLUE IMPACT」获得了来自“超级部件制造大奖”事务局的好评。 l “一直以来，蓝光半导体激光用于加工用途时，很难克服输出效率、能量密度等课题。并且，从商品化角度来考虑，成本也不合算。岛津公司本次入选的这款产品，作为光源单元实现了产品化并完成了市场投入。” l “岛津公司的多重合成技术成功将多个激光元件发出的光汇集到微细光纤中，实现了高输出功率、高密度光源。可以说该技术攻克了难度系数非常高的课题。” l “高输入功率、高密度蓝光激光除可用于加工用途外，还有望和绿光、红光结合使用，使应用更加多样化。由于通用性、可行性高，可以说该技术实现了一项重大突破。” 关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。 更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/ 。 岛津官方微博地址http://weibo.com/chinashimadzu。 岛津微信平台

新平台提高了检测灵敏度，克服微孔板中细胞数量过少的限制，强大的检测性能提高了研究效率　　芝加哥，2009 年 10 月 19 日(美国商业新闻)- 专注于提高人类健康及其生存环境安全的全球领先公司 PerkinElmer, Inc.，今天在 2009 神经科学学会年会上宣布推出最新增强型EnSpire(TM) 多标记微孔板检测仪平台 - EUR EnSpire，它具有超灵敏度发光检测功能。此项新检测功能为科研人员(包括在癌症和神经药理学领域从事原代细胞或干细胞研究的科研人员)提供了增强的功能，以提高检测性能和灵敏度。　　EnSpire 平台是一个可灵活配置的微孔板检测器，提供高性能检测功能和方便易用的软件。该平台经济实用，可适合在各种规模的实验室中进行研究。扩展的模块新增了超灵敏化学发光检测、温度控制及适用于 96 孔和 384 孔微孔板的荧光强度 (FI) 底部检测等多种功能。对于细胞样品数量有限的科研人员来说，增强的检测信号可以提高检测性能和精度。　　PerkinElmer 生物研发业务自动化和检测解决方案副总裁兼总经理 Nance Hall 说，“在一些细胞稀缺、研究资源有限的领域，EnSpire 的发光灵敏度可以应对细胞不足和细胞转染率低等限制线性动态检测范围和检测窗优化的因素，强大的检测性能可以轻松面对最新的应用检测技术的挑战。EnSpire 平台目前具有化学发光检测功能，能够帮助化学发光研究领域(尤其是细胞增殖、细胞毒性和报告基因检测领域)的科研人员，提高检测灵敏度。”　　为满足客户需求，EnSpire 平台可以提供以下关键检测技术：　　* Quad 光栅　　- 荧光强度 (FI)　　- 吸光度 (Abs)　　* Alpha 技术　　* 超灵敏化学发光　　* 温度控制与底部检测荧光强度　　关于 PerkinElmer, Inc.　　PerkinElmer, Inc. 是一家专注于提高人类及环境的健康和安全的全球领先公司。据报道，该公司 2008 年收入约为 20 亿美元，拥有 8,400 名员工，为超过 150 个国家/地区的客户提供服务，同时该公司也是标准普尔 500 指数的成员。有关其它信息，请访问 www.perkinelmer.com.cn 或致电 1-877-PKI-NYSE。　　媒体联络　　PerkinElmer, Inc.Kim McCrossen 联络电话︰+781-663-5871 版权所有 美国商业新闻 2009

p　　欧司朗光电半导体宣布其PLT5 488青光激光二极管和Oslon Black Flat SFH 4735分别荣获《激光世界》杂志颁发的创新者奖银奖。这两款产品均以对研究创新的贡献，以及为医疗和消费者健康行业带来的先进能力获得嘉奖。/pp style="text-align: center "　　img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/386e4ef3-4424-45a8-a604-c1493c12c7d5.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg"//pp style="text-align: center "　　strongPLT5 488nm青光激光二极管 —— 荣获银奖/strong/pp　　在寻求新的医疗方法和生命科学研究过程中，DNA和细胞分析工具已成为不可或缺的工具。凭借着优秀的远场模式，波长公差严格控制在± 2 nm内，PLT5 488青光激光二极管紧随仪器更紧凑、更简单、更具性价比的发展趋势。当细胞呈一列纵队流经一次性微制造型流动池时，将使用欧司朗488 nm直接激光二极管在完全相同的时间测量每个颗粒的体积及其自发荧光。这种独特的组合方式在生命科学领域广泛接受。/pp style="text-align: center "strong　　Oslon Black Flat SFH 4735 —— 荣获银奖/strong/pp　　欧司朗的近红外(NIR)宽带发射器Oslon Black Flat SFH 4735开创了一个全新的紧凑、耐用、低成本的传感技术领域，史无前例。SFH 4735近红外光谱技术应用的理想之选，可以用来评估食物或药物的质量，乃至能识别食物中的营养成分，卡路里等。专家认为，这项技术很快可以直接整合到智能手机或平板电脑等消费类移动设备中，为消费者追踪和监测健康提供一种更简便的方法。/pp　　《激光世界》创新者奖旨在奖励光电和光学技术、产品和系统领域最具创新性的解决方案，其评选结果由行业专家组成的专家小组评定。银质创新奖用于表彰不仅带来了渐进式改进，而且显著改善了以前所采用的方法、所采取的方案或所使用的产品和系统的创新。/p

本文重点:1. 平面定向的发光偶极必须在时域和能量域上都展现延伸的各向异性动力学,这是研发高效OLEDs的必要条件。2. 通过在平面定向的Exitplex杂合体中引入Ir(ppy)2(acac),可以抑制主宾体散射,使发光偶极的各向异性动力学延伸 至微秒量级。3. 采用延伸各向异性动力学的Ir(ppy)2(acac):杂合体系统成功实现了高达34.01%的外量子效率。明志科技大学有机电子研究中心主任兼工程学院副院长刘舜维教授、中国台湾大学化学系汪根欉教授以及美国田纳西大学先进材料与制造工程研究所材料科学系胡斌教授三方研究团队,近日共同在《先进光学材料》(Advanced Optical Materials)期刊发表研究报告。该研究基于平面定向的Exitplex杂合体[BCzPh:CN-T2T]主体,使用包括时间解析和稳态两种光聚合物各向异性度量方法,全面研究了发光偶极在时间和能量两个维度的各向异性动力学特征。研究结果发现,相较于随机定向的发光偶极,设计能够形成平面定向的发光偶极是研发高效OLEDs的关键方法之一,这可以显著提高光的提取效率。但是,平面定向的发光偶极必须同时在时域和能量域都展现足够的偏振记忆效应,使各向异性动力学延伸至整个发光寿命时间范围,这才能大程度地增强OLED的光提取率。该研究充分证明,这种延伸的各向异性动力学是研发高效OLEDs的必要条件。研究团队将平面配置的红色磷光体Ir(ppy)2(acac)以很低的摩尔浓度分散于平面定向的Exitplex杂合体[BCzPh:CN-T2T]主体之中,构建了发光层。结果发现,平面定向的杂合体主体可以通过抑制主宾体之间的库仑散射,显著延长磷光体发光偶极的各向异性动力学,使其从纳秒量级延伸到微秒量级,与磷光寿命时间范围相当。这满足了采用Ir(ppy)2(acac):杂合体系统来提高OLED光提取效率的必要时域条件。更重要的是,研究还发现,在抑制主宾体库仑散射的情况下,高能态的发光偶极也可在杂合体主体的作用下维持延伸的各向异性动力学,而不会随着热电子从高能态松弛至LUMO而随机化。这是由于杂合体主体的偏振记忆效应不仅影响低能态,也可维持高能态发光偶极的平面定向分布。综合时域和能量域两个维度的研究结果可以看出,发光偶极延伸的各向异性动力学是研发高效OLEDs的必要条件。最终,采用延伸各向异性动力学的Ir(ppy)2(acac):杂合体系统成功实现了高达34.01%的外量子效率。该成果为进一步提升OLED性能提供了有力指导,将促进高效OLED显示技术的进一步研发。本次研究,团队采用了光焱科技Enlitech所设计生产的超低光源光致发光量子产率高校量测设备LQ-100X-PL,Enlitech所设计的LQ-100X-PL采整合型设计,精心严选高档用料材质,设备寿命长,且拥有软、硬件整合与调校,凭借光焱科技多年量测PLQY经验,出场即校正完成,即装即用,可大幅免除自行搭建设备的难度与光强不足等扰人问题。LQ-100X-PL采用LED光源设计,整体结构紧凑,尺寸仅502.4mm(L) x 322.5mm(W) x 352mm(H),可整合手套箱,并在搭配定制样品盒下,不论研究产品是薄膜、粉末、液体型态,让研究人员十秒内完成待测物量测装载,超快速精准且方便进行PLQY量测,无须烦恼样品尺寸与积分球开口尺寸两难问题,整体量测结果精准、重复性高,更可以进行原位时间光谱解析,量测数据经得起投稿审查时高品质要求,且加上光焱科技Enlitech专业服务与销售团队服务,更能为PLQY量测进行把脉,让客户将心力专注于研究。

镧系发光纳米温度探针及光学测温技术胡倩1 朱幸俊11上海科技大学物质科学与技术学院生物体温度监测在医学诊断和治疗方面有着重要意义。传统的生物体测温方式依赖于侵入式探头或者局限于体表检测的热成像设备。对于体内深层组织的无损温度探测仍然是一项挑战。光学测温技术基于温度敏感的发光材料和器件，以光信号作为输出实现温度检测。在发光材料中，镧系发光纳米材料（LLNs）具有光稳定性好、发射谱带丰富、低自发荧光干扰等独特优点，在体内成像检测和疾病诊断方面具有广泛应用。目前已报道了一系列LLNs的发光信号的强度、寿命等光学性质与温度相关，因此可以作为温度检测探针。与此同时，LLNs本身的纳米级尺寸有别于传统温度检测的宏观设备，因此可以胜任亚细胞级别的微观热效应检测以及热传递过程研究，提升测温的空间精度，借助LLNs的近红外发光，能进一步提高光信号在组织中穿透深度，更好的实现深组织、非侵入性温度检测。（一）LLNs温度探针的测温策略温度可以改变LLNs的发光强度比、带宽、光谱偏移、寿命等方式影响LLNs的发光特性[1]-[3]。其中，发光强度比和发光寿命这两种策略受生理环境的干扰更小，从而具有更高的测温准确性[4]-[5]。基于发光强度比率构建温度探针电子在两个相邻激发能级（能级差一般小于1000 cm-1）中的分布与温度有关，满足Boltzmann分布，因此具有热依赖性的两个能级发光强度比与温度之间的关系可描述为, [6]-[7]，其中I2/I1为两个能级的发射强度比；ΔE是两个能级能量差，C是由发光基质材料确定的常数,T为温度,kB为玻耳兹曼常数。因此，通过在不同温度下检测两条发射峰的比值，可得到温度以发射强度比值的关系，作为温度检测的校正曲线。基于发光寿命构建温度探针在LLNs体系中，温度敏感的能量转移也会导致激发态寿命的变化，从而可以测量在脉冲激发下特定能级跃迁的寿命与温度的依赖关系，通过发光衰减曲线推断温度信息[8]-[9]。（二）LLNs测温技术与设备基于发光强度比率的测温技术较为直观，相关设备的设置与光谱检测系统类似，主要特点是恒温控制系统的附加。其装置如图1所示，由半导体激光器、样品台、控温器、滤光片、光谱检测器和计算机组成，其中激光器、样品台、滤光片、光谱检测器用于发光材料的光信号激发与收集，控温器件用于样品的恒温与变温进而得到不同温度的光谱。类似的基于发光强度比率的成像检测设备的光谱检测器被替换为CCD相机，通过滤光片系统采集不同波段的发射带，通过光强度成像图的计算得到温度分布结果。光强比率测温技术的设备较为简单，但这项测温方法易受生物环境引起的光散射或吸收的干扰[4]，需在组织或模拟组织的假体中对温度曲线进行校正来减小误差[10]；基于发光比率的温度检测其优点是检测速度较快，对于快速变化的温度具有更好的实时跟踪能力。发光寿命作为荧光团固有特性，受环境干扰较小，因此可以提高测量准确性[11]-[12]，而且LLNs的发光寿命相对小分子荧光探针更长，对于基于成像的寿命检测系统的构建相对短寿命检测难度较低。具体的设备构建如图2所示，将常规的荧光成像代替为时间门控荧光成像系统，配合波形发生器、斩波器等，对相机的分辨率要求高，并且由于寿命衰减曲线的测试需要借助时间门控单元，对光信号进行多次采集，因此获取完整衰减曲线的图像时间较长，不利于检测快速变化的温度信号[8]。两种发光温度检测技术各有优势，目前研究工作中所报道的比率型温度检测技术较为成熟，寿命检测的测温技术仍然处于优化阶段，主要难点是长波长近红外发射的寿命检测技术尚不成熟。图1. 基于发光强度比率温度计的实验设备图2. 基于发光寿命温度计的实验设备[8]（三）LLNs温度探针的生物应用LLNs体内无创温度监测的特性促使了一些新兴的生物医学领域应用，尤其在疾病诊断和指导治疗方面[4],[13]-[16]。我们最近总结了基于镧系发光纳米复合材料的温度检测技术及其生物学应用的研究工作，并梳理了不同测温技术在生物应用上的特点（Chem. Eur. J., 2022, 28, e202104237），希望和大家一起探讨光学测温技术的应用空间以及相关设备的研制。基于LLNs的生物体温度检测，近年来我们开展了一系列的应用。例如我们曾经报道了一种以上转换发光材料为核心（NaLuF4:Yb,Er@NaLuF4)，以光热材料（碳）作为外壳的LLNs，其中上转换发光材料的Er3+发光中心特征的525与545 nm发射强度的比值与温度呈现相关性，因此可作为光学温度探针。通过检测光热过程中的微观温度变化，进一步发现光热效应下纳米颗粒的升温幅度和速率大于常规的外部加热方式。利用这一特性，可以实现温和宏观温度下的微观高温，进而在保证光热治疗剂标记的恶性细胞被有效杀伤的同时，减少不必要的热扩散而损伤病灶周边的正常组织，提升治疗的精度（如图3a）[17]。寿命检测技术上，复旦大学李富友课题组利用PAA-PEG包裹的NaNdF4:Yb@CaF2纳米颗粒，此种材料的Yb3+离子能够发射980 nm光信号，由于Nd3+与Yb3+在不同温度下的能量传递效率不同，Yb3+的980 nm发光寿命随着温度发生线性变化。在活体动物光学成像仪上进行了时间门控系统的附加，利用脉冲激光器对材料进行照射，然后采集材料的发光衰减，最终获得温度-寿命曲线，进一步在活体动物的血管部位进行光信号的采集，考察血管内血液温度与血流相关性，为心血管疾病的诊断和疗效评估提供了重要途径（如图3b）[8]。图3. (a)基于强度比率的Er3+掺杂上转换光热LLNs用于光热治疗过程微观温度监测[17]。(b) 基于寿命的Yb3+-Nd3+共掺杂的LLNs温度计用于心血管疾病[8]。（四）LLNs温度探针的展望合成可调控的LLNs温度探针的发展加速了其作为体内潜在温度传感工具的应用，但为了使其具有更准确的读数结果，还需进一步优化。其中，减少外部干扰和校准通过组织的发光衰减是亟待解决的重要问题。同时进一步探索波长更长的光谱区域，可实现更深层次的组织传感，促进LLNs在体内疾病诊断和治疗方面的生物应用。参考文献1. C. D. S. Brites, S. Balabhadra, L. D. Carlos, Adv. Opt. Mater., 2019, 7, 1801239. 2. A. Bednarkiewicz, J. Drabik, K. Trejgis, D. Jaque, E. Ximendes, L. Marciniak, Appl. Phys. Rev., 2021, 8, 011317.3. H. Suo, X. Zhao, Z. Zhang, Y. Wang, J. Sun, M. Jin, C. Guo, Laser Photon. Rev. 2021, 15, 2000319.4. N. Kong, Q. Hu, Y. Wu and X. Zhu, Chem. Eur. J., 2022, 28, e202104237.5. M. Jia, Z. Sun, M. Zhang, H. Xu, Z. Fu, Nanoscale., 2020, 12, 20776-20785.6. J. Zhou, B. Del Rosal, D. Jaque, S. Uchiyama, D. Jin, Nat. Methods., 2020, 17, 967-980.7. A. Bednarkiewicz, L. Marciniak, L. D. Carlos, D. Jaque, Nanoscale., 2020, 12, 14405-14421.8. M. Kong, Y. Gu, Y. Chai, J. Ke, Y. Liu, X. Xu, Z. Li, W. Feng, F. Li, Sci. China Chem. 2021, 64, 974-984.9. L. Marciniak, K. Trejgis, J. Mater. Chem. C., 2018, 6, 7092-7100. 10. L. Labrador-Páez, M. Pedroni, A. Speghini, J. Garcí a-Solé , P. Haro-Gonzá lez, D. Jaque, Nanoscale., 2018, 10, 22319-22328.11. M. Tan, F. Li, N. Cao, H. Li, X. Wang, C. Zhang, D. Jaque, G. Chen, Small., 2020, 16, 2004118. 12. K. Maciejewska, A. Bednarkiewicz, L. Marciniak, Nanoscale Adv., 2021, 3, 4918-4925.13. M. Quintanilla, M. Henriksen-Lacey, C. Renero-Lecuna and L. M. Liz-Marzán, Chem. Soc. Rev., 2022.14. Z. Yi, Z. Luo, X. Qin, Q. Chen, X. Liu, Acc. Chem. Res., 2020, 53, 2692-2704.15. B. del Rosal, E. Ximendes, U. Rocha, D. Jaque, Adv. Opt. Mater., 2017, 5, 1600508.16. M. Tan, F. Li, N. Cao, H. Li, X. Wang, C. Zhang, D. Jaque, G. Chen, Small., 2020, 16, 2004118.17. X. Zhu, W. Feng, J. Chang, Y. W. Tan, J. Li, M. Chen, Y. Sun, F. Li, Nat. Commun. 2016, 7, 10437.【作者简介】胡倩 博士研究生2020年毕业于湖南师范大学，获化学专业学士学位。目前是上海科技大学物质科学与技术学院博士研究生，师从朱幸俊教授，主要从事近红外发射镧系纳米复合材料的温度传感和生物成像应用的研究。朱幸俊 研究员上海科技大学物质科学与技术学院研究员、博士生导师。2017年博士毕业于复旦大学生物研究院（导师李富友教授），2017-2019年在美国斯坦福大学材料科学与工程系作为博士后学者从事生物医学成像以及神经调控材料与器件的研发工作。目前已在Nature Communications, Chemical Society Reviews, Nano Letters, ACS Nano, PNAS, Biomaterials等国际著名期刊上发表研究论文30余篇，他引3500余次（H因子26），并持有多项专利。多项研究成果入选科睿唯安ESI化学和材料领域前1%高被引论文(Highly Cited Paper)。研究项目获国家自然科学基金、上海市浦江人才计划资助。课题组致力于发展适用于生物医学的新型纳米材料和技术，通过构建纳米复合材料，利用其光、热、磁、声等性质，实现高选择性、低侵入性的生物成像、疾病治疗和生理功能调控。欢迎感兴趣的同学报考上海科技大学研究生，课题组长期招聘化学、材料学以及生物学相关专业博士后。具体可邮件沟通咨询，zhuxj1@shanghaitech.edu.cn（本文编辑：刘立东）专家约稿招募中若您有生命科学相关研究、技术、应用、经验等愿意以约稿形式共享，欢迎自荐或引荐投稿联系人：刘编辑邮箱：liuld@instrument.com.cn微信/电话：13683372576扫码关注【3i生仪社】，解锁生命科学行业资讯！

近日，中科院长春应用化学研究所徐国宝等科研人员的一项发明专利“环境友好的高灵敏电化学发光检测方法”获得了国家知识产权局的授权(专利号：200510016848.4)。　　联吡啶钌电化学发光标记分析是继放射分析、酶联分析、荧光分析和化学发光分析之后的新一代标记分析技术。它是基于高浓度的三丙胺与低浓度的联吡啶钌标记物发生电化学发光反应来进行生物分析，该技术由于具有灵敏度高、线性范围宽、抗干扰能力强、试剂稳定、重现性好等优点，被广泛应用于临床分析和科学研究。但联吡啶钌/三丙胺体系需要很高浓度的三丙胺才能实现高灵敏检测 且在不同工作电极上发光强度差别较大，铂电极上的发光强度仅约为金电极上的十分之一。因此十几年来人们一直在寻找替代三丙胺的新型共反应物，但一直没有找到发光效率高于三丙胺的共反应物。　　该研究小组针对标记分析的特定条件，调研了一系列含有不同链长和基团如羟基、羧基和氨基等的共反应物的发光情况，找到一种高效的新型共反应物二丁基乙醇胺。在浓度为20 mM时，它在金电极和铂电极上的发光强度分别约是目前效率最好的三丙胺的十倍和一百倍。与一般采用外加增敏剂提高发光效率不同，二丁基乙醇胺是通过自身的羟乙基的催化来显著提高发光效率。由于羟乙基是一个吸电子基，因此该研究表明不是所有吸电子基团都是抑制电化学发光的，为寻找更加优良的试剂提供了新途径。二丁基乙醇胺具有优良的分析性能，在浓度只有三丙胺的五分之一时检测联吡啶钌比三丙胺的检测限好一个数量级。该研究对联吡啶钌电化学发光标记分析具有重要意义。