近日，华南理工大学材料科学与工程学院/物理与光电学院吴宏滨教授课题组在Nature Photonics (《自然·光子学》)期刊上发表题为“Ultrahigh-radiance near-infrared organic light-emitting diodes” (超高辐射亮度的近红外有机发光二极管)的研究论文。该论文提出了抑制有机发光二极管发光效率滚降的新策略，通过降低长寿命三重态激子对单重态激子的猝灭，将器件在直流和脉冲驱动下的临界电流密度分别提高到100 A/cm2和10 kA/cm2量级，实现了亮度达到地表太阳辐照水平147倍的超高亮度近红外电致辐射。

 

近红外波段(700-1700 nm)因其在生物体内或者组织中呈现散射低、穿透深等特性，在光学相干断层扫描技术、血氧/血糖等生化信息采集、面部/虹膜/指纹等生物辨识等方向具有广泛的应用前景，成为血氧/血糖仪、光生物调节和光学相干成像等非侵入性、可穿戴、可植入电子设备的理想光源之一。但目前报道的有机近红外发光二极管(OLEDs)仍面临量子效率低、辐射光功率低、寿命短等缺点，急需探寻新的材料体系和技术路线来开发高效且明亮的近红外有机发光二极管，以满足实际应用场景。

 

为此，研究人员选用了高跃迁振子强度和高发光效率的给体-受体-给体(A-D-A)型稠环电子受体(BTA3、i-IEICO-4Cl、Y11)作为发光材料。结合系统的热管理和优化载流子注入策略，基于BTA3的电致发光器件其最大外量子效率达到1.34%。器件呈现极低的效率滚降特性，在6个数量级的电流密度范围内保持与最大效率相当的性能，下降至最大值一半时对应的临界驱动电流J50达到59 Acm-2，远超其他类型半导体材料。器件在连续直流驱动模式下，最大工作电流密度达到100 A/cm2以上，在脉冲宽度为1us的脉冲驱动模式下，最大工作电流密度达到10 kA/cm2级别，并实现了创纪录的46786 WSr−1m−2辐射亮度，相当于地表太阳光谱辐照强度的147倍。

 

研究人员设计制备了面积为10cm2的大功率器件，以及基于柔性衬底制造的可弯曲面光源，并演示了其在主动夜视照明、非侵入式生物成像、以及与人体紧密贴合的生物医学等场景的应用。

 

本研究工作第一作者系华南理工大学博士后刘万胜，吴宏滨教授和谢源专职研究员为论文的通讯作者。该研究得到了华南理工大学彭俊彪教授团队和曹镛院士的支持，以及西安近代化学所高潮研究员、华南理工大学赵祖金教授、香港城市大学季昀教授、清华大学段炼教授、北京大学占肖卫教授和中南大学邹应萍教授等团队的帮助。研究工作获科技部重点研发项目、人力资源和社会保障部博士后创新人才支持计划、国家自然科学基金委重点项目、面上项目以及学校、学院专职研究员项目资助。