半導體之所以能被廣泛應(yīng)用在光電產(chǎn)品世界中，憑借的就是在其晶格中植入雜質(zhì)改變其電性，調(diào)控半導體納米晶體的光、電、磁性質(zhì)，實現(xiàn)高效率發(fā)光器件、太陽能電池、自旋電子器件等新型光電子器件的應(yīng)用。Cu+作為一種通用的摻雜雜質(zhì)，可以用來調(diào)控半導體納米晶的光電性質(zhì)。但是在摻雜納米晶高溫外延生長鈍化層的過程中，Cu+雜質(zhì)容易向外擴散，容易造成摻雜失效，阻礙了摻雜納米晶的進一步應(yīng)用。要實現(xiàn)半導體納米晶的廣泛應(yīng)用，必須解決摻雜問題。

北京理工大學張加濤教授課題組發(fā)展了一種新型的雜質(zhì)擴散平衡策略，向Cu+摻雜CdSe納米晶溶液中引入額外的Cu+，在納米晶內(nèi)外部雜質(zhì)離子擴散平衡的條件下進行表面鈍化層的高溫外延生長。該策略成功制備出Cu 摻雜CdSe@CdS（CdSe:Cu@CdS）核殼納米晶。只具有本征熒光的CdSe@CdS和同時具有微弱本征熒光和強近紅外熒光的CdSe:Cu@CdS納米晶分別記錄了干擾信息和關(guān)鍵信息，且這兩種信息在肉眼下無法被明顯分辨；而關(guān)鍵信息的近紅外熒光則可以通過普通商業(yè)手機攝像頭和濾光片（截止邊800 nm）的組合輕松獲取，首次實現(xiàn)了近紅外摻雜熒光的高效多模防偽和保密應(yīng)用。

圖文導讀            

通常直接在Cu+摻雜CdSe納米晶表面外延生長鈍化殼層容易造成雜質(zhì)Cu+向外部擴散，導致?lián)诫s失效，阻礙了摻雜納米晶的進一步應(yīng)用。北京理工大學張加濤課題組向溶液中引入額外的Cu+，溶液中的Cu+與納米晶內(nèi)部的雜質(zhì)Cu+形成擴散平衡，該擴散平衡在高溫下阻礙了納米晶內(nèi)部的Cu+向外擴散，最終在CdSe@CdS核殼納米晶內(nèi)部形成了有效的Cu+摻雜，保持了Cu+摻雜核殼納米晶的近紅外摻雜熒光。

圖1  雜質(zhì)擴散平衡策略示意圖和防偽/保密應(yīng)用            

圖2  CdSe:Cu和CdSe:Cu@CdS納米晶的形貌、光學和結(jié)構(gòu)表征

圖3  近紅外熒光防偽和保密圖案在多種商業(yè)手機中的成像效果

Cu+摻雜CdSe納米晶擁有一個較寬的摻雜熒光發(fā)射峰，該峰覆蓋了可見光區(qū)和近紅外光區(qū)（700 nm-1100 nm），在此范圍內(nèi)使用常規(guī)的熒光光譜儀無法獲得連續(xù)且完整的熒光光譜數(shù)據(jù)。HORIBA Duetta 熒光光譜儀裝備了CCD檢測器，可以連續(xù)地獲取從250 nm 到1100 nm 范圍內(nèi)的熒光光譜信息，為探索材料的新結(jié)構(gòu)、新性能和新應(yīng)用提供了有力的幫助。

Duetta 熒光及吸收光譜儀

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總結(jié)展望            

現(xiàn)階段基于可見熒光的防偽手段面臨著易被破解的風險。基于不可見近紅外熒光的防偽/保密應(yīng)用明顯地提高了破解的難度，擁有更高的信息安全性。常用的手機攝像頭可以有效地捕獲近紅外熒光，降低了這種基于不可見近紅外熒光防偽/保密應(yīng)用的門檻，有望取代現(xiàn)有的可見熒光防偽/保密模式，實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

文獻信息            

Dopant Diffusion Equilibrium Overcoming Impurity Loss of Doped QDs for Multimode Anti-Counterfeiting and Encryption

文章署名作者：Bing Bai, Meng Xu, Jianzhong Li, Shuping Zhang, Chen Qiao, Jiajia Liu, Jiatao Zhang

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張加濤教授簡介            

張加濤教授現(xiàn)任北京理工大學化學與化工學院院長、北京理工大學首位徐特立特聘教授，英國皇家化學會會士、國家自然科學基金委優(yōu)秀青年基金獲得者、國際純粹與應(yīng)用化學聯(lián)合會（IUPAC）杰出獎 獲得者。以第一作者或通訊作者在 Nature、Science、Nature Nanotech、Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Mater. 等期刊發(fā)表 SCI 論文 50 余篇，他引 2800 余次。