狄大卫:创造两项发光效率纪录,有望助推百亿美元产业 | 35岁以下科技创新35人榜单人物专栏

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狄大卫:创造两项发光效率纪录,有望助推百亿美元产业 | 35岁以下科技创新35人榜单人物专栏
麻省理工科技评论 2019-03-26

2019-03-26

“我认为科研工作者的使命就是不断的突破与创新,探索未知,追寻真理,以及实现更趋近完美、满足人类需求的技术应用。坚持这样的目标虽然具有挑战性,但它同样是许多科研工作者创造创新的原动力。”在谈到科研工作者的使命时,狄大卫如是说。
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“我认为科研工作者的使命就是不断的突破与创新,探索未知,追寻真理,以及实现更趋近完美、满足人类需求的技术应用。坚持这样的目标虽然具有挑战性,但它同样是许多科研工作者创造创新的原动力。”在谈到科研工作者的使命时,狄大卫如是说。

2019年1月21日,《麻省理工科技评论》公布了2018年“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35 China)中国区榜单。从榜单中,我们看到更多中国创新科研力量的崛起,也看到跨学科、跨领域、并且对落地应用有更强烈企图心与使命感的科研创新,这其中涵盖人工智能研究与应用、NLP、脑科学、新材料、新能源、生命科学、生物科技、自动驾驶等多个不同领域。我们将陆续发出对35位获奖者的独家专访,介绍他们的科技创新成果与经验,以及他们对科技趋势的理解与判断。

关于Innovators Under 35 China榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35 China)榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届榜单正在征集提名与报名,截止时间2019年5月31日。

狄大卫:创造两项发光效率纪录,有望助推百亿美元产业

狄大卫有两个博士学位。第一个是澳大利亚新南威尔士大学的光伏工程学博士学位。他研究的课题是基于硅量子点的层叠太阳能电池,而导师之一是澳大利亚光伏研究中心主任马丁·格林(Martin A. Green)教授。后者更为人所熟知的身份,是 “太阳能电池之父”。

太阳能电池实现了从光直接转化到电的过程,当太阳光照射到半导体材料上时,可能产生电流和电压。但狄大卫读博士期间的一项偶然的实验,是观测纳米晶体硅电池的电致发光,也就是说,太阳能光伏电池也可以被当作发光二极管(LED)使用。而传统硅晶体在通常情况下是很难发光的,这激起了狄大卫对LED的浓厚兴趣。在进行了一段时间的研究之后,他了解到有机材料特别适合发光,从而有了研究有机发光二极管(OLED)的想法。

而全世界最好的OLED研究机构之一,就是大名鼎鼎的英国剑桥大学卡文迪许实验室。这个诞生过29个诺贝尔奖的实验室,在1995年迎来了第9任卡文迪许物理学教授——聚合物OLED的发明人理查德·弗兰德(Richard H. Friend)爵士。显然,对所有研究物理学的科学家来说,卡文迪许实验室就是一个殿堂一样的地方,更不用说想要研究OLED的狄大卫,去弗兰德加持的卡文迪许实验室简直就像“朝圣”一样。

弗兰德十分欢迎狄大卫来做博士后研究,但狄大卫却有着自己的想法:他想再读一个博士。

在狄大卫看来,他来卡文迪许,是要学习新东西的。如果不能掌握有关理论与实验基础,就很难取得真正有价值的突破。而博后一般要求在较短的时间内做出许多结果,在这种状态下可能反而不利于潜心探索。因此,他决心要挑战自己,花费几年时间系统地研究一个新的领域,跟随弗兰德再读一个博士学位。

后来回头看,狄大卫认为自己当时的这个与顺势而为的主流思路截然相反的决定十分重要。正因为选择了做博士研究生,而不是博士后研究员,他才能有机会静下心来,从头开始学起,最后实现了有机和钙钛矿发光二极管领域的重大突破。

OLED在高清显示、柔性电子器件领域有着巨大的优势。自上世纪八十年代OLED诞生以来,它已经成长为了一个年产值高达数百亿美元的全球产业。不过,研究人员面临着一个问题:由于量子力学的原因,OLED运作时产生的能态中有75%是不能发光的暗能态,导致其发光效率很难突破25%——这便是传统OLED的“内量子效率极限”。再加上光学效率损失等,外量子效率只有5%左右。过去发现的一些高性能发光材料能够巧妙地突破这个理论极限,但由于OLED在高亮度运作时,暗能态的损失比较严重,发光效率还是受到了一些限制。

狄大卫:创造两项发光效率纪录,有望助推百亿美元产业

图片来源:狄大卫

而狄大卫和他的同事一起,设计了一系列可以旋转的有机发光分子。这种分子的旋转会导致暗能态和亮能态的能量差降为零,暗能态可以快速跃迁到亮能态,从而大幅提高OLED发光的量子效率。这些新型分子拥有设计简洁、合成容易和发光效率高等特点,相对基于已知原理设计的高效OLED材料更有优势。不仅如此,他们还用低成本且适合高速制造的溶液法,而不是常规但复杂的真空蒸镀法,实现了27.5%的外量子效率。这是溶液法LED效率的世界纪录,达到了与最高效率的真空蒸镀法OLED技术类似的水平,有望显著降低高效率OLED的生产成本,是有着里程碑意义的研究成果。

除此之外,在钙钛矿LED领域,他与合作者还发现了制约其发光的主要因素,并成功地将非辐射过程造成的能耗降至最低,几乎达到了100%的内量子效率。他们首次报道了超过20%的外量子效率,证明了由低成本低能耗的溶液处理法制作的钙钛矿/聚合物LED,也可以达到目前最先进的OLED和量子点显示技术的效率水平。

狄大卫可以做出这样的成果并非偶然。从小,他就是一个学霸,只是偏科比较严重。他喜欢一个学科,就可以从中获得很多乐趣,但并不在意成绩的好坏。除了学习与科研,狄大卫的成长历程中还有一个必不可少的“伙伴”——电子游戏。曾经每天动辄玩三四个小时游戏的他,认为游戏非但不会耽误学习、工作,反而是十分锻炼脑力的放松方式。甚至于他在中国接受的第一个采访,并不是来自于科技媒体,而是游戏媒体。游戏和科研,都是他的兴趣爱好,都需要在未知的领域探索,都会给他带来同样的乐趣。

“我认为科研工作者的使命就是不断的突破与创新,探索未知,追寻真理,以及实现更趋近完美、满足人类需求的技术应用。坚持这样的目标虽然具有挑战性,但它同样是许多科研工作者创造创新的原动力。”在谈到科研工作者的使命时,狄大卫如是说。如今已经回国加盟浙江大学的他,现在的目标是通过研究新型有机分子和钙钛矿的发光机理,开发高性能、低成本、节能环保的新一代光源,大规模地应用于显示、照明和通信领域。

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