北航新闻网10月27日电（通讯员 孙振佳）近日，国际学术期刊《Nature Photonics》在线发表国际前沿交叉科学研究院罗德映教授、杨文强副教授与合作者的综述论文，题为《Solution-processed nano-LEDs for next-generation optoelectronic technologies》。该文章聚焦胶体量子点和卤化物钙钛矿两类可溶液加工的发光材料，系统梳理纳米发光二极管（nano-LEDs）在材料化学、器件工程和纳米制造方面的研究进展，分析像素微缩过程中发光效率、工作稳定性与集成制造之间的制约关系，并展望其在生物光电子、片上光互连及超分辨显微成像等领域的应用前景。
北航国际前沿交叉科学研究院杨文强副教授、电子科技大学任翱博研究员、北京大学杨晓宇副研究员及北航仪器科学与光电工程学院王昊为论文共同第一作者；韩国首尔国立大学Tae-Woo Lee教授与北航国际前沿交叉科学研究院罗德映教授为通讯作者。北京航空航天大学国际前沿交叉科学研究院为论文第一署名单位。
随着增强现实与虚拟现实、光学传感及片上信息传输等技术的发展，光源需要具备更小的尺寸、更高的集成度和更精细的时空调控能力。论文关注发光像素进入亚微米尺度的电驱动纳米发光二极管。这类器件有望进一步提高阵列像素密度、降低功耗并提升调制速度，为片上光电子集成与光遗传学神经接口等新兴应用提供支撑。
发光二极管像素微缩与应用场景的演进
论文指出，随着发光像素持续微缩，侧壁缺陷与界面效应对器件性能的影响日益显著。缺陷诱导的非辐射复合与电荷注入失衡、漏电及局部热积累相互耦合，制约发光效率和工作稳定性。在高密度阵列中，漏电流与横向光传播还可能引发像素间的电学和光学串扰。因此，需要统筹材料表面化学、载流子输运特性、图案化工艺与器件结构设计，减轻微缩带来的性能损失。
纳米发光像素中的侧壁缺陷及光学、电学串扰
胶体量子点具有发光颜色可调、发射谱线窄和可溶液加工等特点，是构建高色纯度纳米发光二极管的重要材料。论文总结了表面配体调控、核壳结构设计和有序组装在降低缺陷损失、改善电荷输运及稳定发光层方面的作用，并比较光刻、电泳沉积、转移印刷和纳米压印等图案化路线。转移印刷有利于减轻加工损伤并实现异质集成；纳米压印结合毛细自组装，则为高保真、并行制备纳米像素阵列提供了可行路径。
卤化物钙钛矿兼具较高的缺陷容忍度、可调发光波长和低温加工等优势，同样是实现高效纳米发光二极管的重要候选材料。目前已有研究将钙钛矿发光像素缩小至约90纳米，并通过局域接触等设计减轻微缩带来的性能损失。然而，这类材料对极性溶剂、水分和化学处理较为敏感，加工引起的界面退化与离子迁移仍可能影响器件效率和寿命。因此，发展温和的图案化工艺与可靠的封装技术，是提高器件稳定性的重要方向。
论文强调，现有单一材料平台尚未同时实现超高像素密度、高效率、长工作寿命和可规模化全彩集成。不同研究报道的最小像素、最高效率与最长寿命，往往来自不同材料体系和颜色通道。面向实际应用，除提升单像素性能外，还需兼顾像素定位精度、阵列均匀性、层间对准精度及长期运行可靠性。
针对上述挑战，论文提出协同优化材料、器件与系统：通过强化配体结合、构建交联钝化网络及引入无机壳层等方式，稳定表面与界面；优化界面能级匹配和载流子输运，实现电子与空穴的平衡注入并抑制漏电；降低工作电压和电阻损耗，减少焦耳热并改善阵列散热。在系统集成方面，还需协同开发发光单元、CMOS驱动背板与系统架构，探索与成熟工艺平台相兼容的异质集成方案。
纳米发光二极管在生物光电子、光互连和先进成像中的应用展望
论文进一步展望了纳米发光二极管在显示之外的应用潜力。在生物光电子领域，超紧凑阵列有望用于接触镜微显示和更精细的光遗传学神经调控，但仍需解决生物相容性、热管理和长期稳定性等问题；在光互连领域，局域发光与快速调制能力为芯片、电路及光子模块之间的短距离信息传输提供了研究思路；在超分辨显微成像领域，所提出的纳米照明成像方案利用可独立寻址的纳米光源阵列，在样品近旁提供局域照明，有望通过缩小光源尺寸和间距提升成像分辨率。
该综述从材料表面化学、纳米制造与器件工作机制的关联出发，系统阐述了溶液法纳米发光二极管实现高密度集成的材料基础、关键瓶颈与发展方向，为超高分辨率显示、微型生物光电子器件及片上光子系统研究提供了参考。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-026-02010-1
附：作者简介
杨文强，北京航空航天大学国际前沿交叉科学研究院副教授。获北京大学博士学位，博士期间曾赴美国劳伦斯伯克利国家实验室Thomas P. Russell院士课题组开展交流研究，随后在首尔国立大学Tae-Woo Lee院士课题组开展博士后研究。主要从事新型薄膜及量子点光电功能材料与器件物理研究，以第一作者或通讯作者（含共同）身份在Science、Nature Photonics、Nature Communications、Advanced Materials、Joule和ACS Energy Letters等期刊发表多篇论文，相关论文入选“中国百篇最具影响国际学术论文”和ESI高被引论文。担任Scientific Reports编委，以及FlexMat、Materials Futures青年编委。主持国家自然科学基金面上项目、国家重点实验室开放课题及北京市小米联合基金重点项目等，研究工作获海外博士后交流计划（引进类）支持。
罗德映，北京航空航天大学国际前沿交叉科学研究院教授，国家级青年人才，博士生导师。获北京大学博士学位，随后在加拿大多伦多大学材料科学与工程系、美国加州大学圣地亚哥分校纳米工程系开展博士后研究。长期从事半导体光电子材料与器件研究，以第一作者或通讯作者（含共同）身份在Science、Nature、Nature Reviews Materials、Nature Materials、Nature Photonics、Nature Reviews Chemistry等期刊发表论文三十余篇。相关成果入选2018年度“中国百篇最具影响国际学术论文”，并获2021年度“中国半导体十大研究进展”提名。2023—2025年连续入选全球前2%顶尖科学家榜单，曾获北京大学和中国光学学会优秀博士学位论文奖。长期受邀担任Nature及其子刊、Advanced Materials、Energy & Environmental Science等期刊审稿人，主持国家自然科学基金面上项目等科研项目4项。
（审核：陶飞）
编辑：贾爱平
