手機掉在地上，啪一聲，屏幕就碎了。

這時的你，腦袋里或許有一萬個后悔，“我為啥沒有買碎屏險？”

（哦，多么痛的領(lǐng)悟～）

在信息化時代，我們已經(jīng)離不開電子產(chǎn)品，尤其是手機，更是人人必備。

但在日常生活中，“手機碎屏”這種糟心事件，常有發(fā)生。包括你的大多數(shù)人，肯定想過這樣一個問題：

有沒有一種摔不碎、性能還很好的手機屏幕？

近日，來自澳大利亞昆士蘭大學、英國劍橋大學、利茲大學的研究團隊及其合作者，聯(lián)合制備了一種基于金屬有機框架（MOF）玻璃和全無機鈣鈦礦復合材料，該復合材料在水、有機溶劑、光、熱和空氣環(huán)境下表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性，其光致發(fā)光性能比純的鈣鈦礦大兩個數(shù)量級。

研究人員表示，這種材料不僅可以為手機等電子產(chǎn)品提供令人驚嘆的畫質(zhì)，而且具有非常高的強度。

（來源：Science）

相關(guān)研究論文以“Liquid-phase sintering of lead halide perovskites and metal-organic framework glasses”為題，發(fā)表在權(quán)威期刊 Science 上。

前輩們的“美中不足”

隨著科技的發(fā)展，不論是手機屏幕還是其他電子產(chǎn)品的顯示器，都在不斷地更新?lián)Q代，從上個世紀的黑白電視，到如今的液晶顯示屏、OLED 顯示屏等，更清晰、更堅固的特點，已經(jīng)成為人們對電子產(chǎn)品屏幕的首要追求之一。

但是，目前主流的用于制作屏幕的鈣鈦礦材料仍然存在穩(wěn)定性差、有毒性、對水分、熱等很多因素的敏感問題。 因此，為解決這一系列問題，科學家們對鈣鈦礦材料進行了許多探索。

（來源：pixabay）

當前，量子點發(fā)光二極管（QLED）屏幕被認為是當前圖像顯示和性能的佼佼者。其中，量子點是指“納米級別的小型球狀半導體粒子”，也被稱為納米半導體粒子或納米晶體，這種材料在受到光或者電刺激時，能夠改變光源的顏色，從而發(fā)出有色光。

簡而言之，量子點實際上就是一種能在光或電的作用下會發(fā)光變色的顆粒物。因此，量子點可以用于固態(tài)照明、信息顯示（屏幕）等方面。

而具有可調(diào)諧的帶隙、高電荷載流子遷移率和明亮的窄帶光致發(fā)光（PL）的鹵化鉛鈣鈦礦（LHP），則是制作量子點的一種材料。 但這種材料仍存在三個致命的問題：

1）穩(wěn)定性差：其對光、水分、氧氣、熱等比較敏感，即使是空氣中的水分也會使材料失效；

2）易離解：無法在極性溶劑中長期存在；

3）有毒性：鉛基鈣鈦礦材料在廢棄之后，會對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)造成損害，進入人體之后也很難排出。

一次“破冰行動”

為解決以上問題，研究人員研發(fā)出了一種將納米晶體包裹或結(jié)合在多孔晶體材料（MOF）中的工藝。

他們將結(jié)晶 LHPs 和沸石咪唑鹽框架（ZIF，多孔晶體材料，MOF 材料的一種）玻璃基質(zhì)通過液相燒結(jié)制備了一種全新的鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體復合材料。

這種復合材料具有良好的力學性能，研究人員對 ZIF 材料和鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體復合材料所做的納米壓痕測試表明，復合材料的硬度可以達到 340 MPa（1MPa=10Kg）左右。相比于純的 ZIF 多孔晶體材料，復合材料的硬度提升了 25% 左右。如果這種材料作為電子產(chǎn)品的屏幕，其屏幕破碎的風險大大降低。（再也不用害怕手機摔碎屏幕了）

圖｜對玻璃進行納米壓痕實驗，得到（A）純多孔晶體材料和（B） 鉛鹵素鈣鈦礦納米晶體復合材料的加載-卸載曲線。兩個樣品均在 300 ℃ 下燒結(jié)。（來源：Science）

對于這種復合材料，研究人員表示：“我們不僅可以使這些納米晶體更加堅固，而且我們可以調(diào)整它們的光電子特性，具有出色的光發(fā)射效率和非常理想的白光 LED。這一發(fā)現(xiàn)為能源轉(zhuǎn)換和催化新一代納米晶體玻璃復合材料開辟了新的道路?！?/p>

在實驗中，研究人員通過微觀測量驗證了鹵化鉛鈣鈦礦納米晶作為發(fā)光源的可行性。

研究結(jié)果表明，鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體的環(huán)空暗場掃描透射電子顯微鏡（ADF-STEM）顯示了兩相之間有明顯的原子數(shù)對比。通過掃描電子衍射（SED）鑒定了晶態(tài)和非晶態(tài)區(qū)域，其中顯示了與 CsPbI3晶體相對應的布拉格衍射區(qū)域。

圖｜300 ℃ 燒結(jié)制備的鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體復合材料的相分布：(A) ADF-STEM 圖像，(B) SED-STEM 映射，(C) 鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體復合材料的鹵化鉛鈣鈦礦晶體相分類結(jié)果。（來源：該論文及其補充材料）

除此之外， 該復合材料具有更長的壽命，研究人員在不同的環(huán)境中對該復合材料進行了評估。

在復合材料中，由于 ZIF 多孔晶體材料的剛性和疏水性為鹵化鉛鈣鈦礦材料提供了保護，所以，在各種非極性、極性質(zhì)子和極性非質(zhì)子有機溶劑中延長（約 20 小時）超聲處理后，復合材料仍具有穩(wěn)定的 PL 發(fā)射。

圖｜復合材料對有機溶劑的穩(wěn)定性。（A）鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體復合材料在不同有機溶劑中超聲約 20 h 后，在 365 nm 紫外光下相對發(fā)光強度的變化和（B）光學照片。

不僅如此，該復合材料在水中浸泡 10000 小時、在環(huán)境條件下儲存 650 天、溫和加熱和連續(xù)激光激發(fā)＞500 s 后，仍保持 80% 的光致發(fā)光，具有良好的應用前景。

此外，由鹵化鉛鈣鈦礦材料（CsPbX3：X = Cl、Br和混合鹵化物離子）和 ZIF 多孔晶體材料組成的復合材料陣列顯示出較寬的色域和較窄的發(fā)光峰。對于所有鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體復合材料，無論是合成的還是經(jīng)過相同燒結(jié)處理的鹵化鉛鈣鈦礦樣品，其絕對發(fā)光強度至少比相應的純鹵化鉛鈣鈦礦樣品高兩個數(shù)量級。

以上這些特性，加上高可加工性，使這些單片材料成為降檔白光 LED 的理想候選材料。

圖｜復合材料的穩(wěn)定性和光學性能。（A）鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體在 Milli-Q 水中的相對發(fā)光強度變化。（B）鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體復合材料的歸一化PL強度。（C 和 D）復合材料和純鹵化物鈣鈦礦材料在 3365 nm 紫外光下的光學照片。（來源：該論文）

可以說，這種新型的可加工復合材料在水、有機溶劑、熱、光、空氣、環(huán)境濕度下具有很高的穩(wěn)定性，在 LHP 的應用領(lǐng)域取得了突破性的進展。

相信在不久的將來，這些材料可以大大降低我們的手機屏幕摔碎的風險，也可以為我們帶來更極致的視覺體驗。

參考資料：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf4460 https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211028143734.htm https://www.uq.edu.au/news/article/2021/10/uq-research-unlocks-technology-produce-unbreakable-screens

本文來自微信公眾號 “學術(shù)頭條”（ID：SciTouTiao），作者：郝景，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

關(guān)鍵詞： 玻璃 手機 Science