光子学突破：科学家研发出一种耐用、低成本的新型发光材料

今日新闻 2025年09月29日 18:04 2 aa

这种可拉伸材料可能开启光子计算机新时代。

加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的研究人员开发出一种柔性、耐用且生产成本低廉的新型发光材料。这种材料兼具耐用性与低成本特性，在光子计算芯片集成光源领域潜力巨大。

研究团队将二硫化钼与Nafion（一种常用于燃料电池的弹性聚合物）进行复合，实现了技术突破。二硫化钼作为仅几个原子厚度的"二维材料"，虽以电子和光学特性著称，但通常因脆弱且发光微弱而难以实际应用。

通过将两种材料分层堆叠，研究团队成功制备出可印刷的大面积薄膜。这种薄膜能发射明亮稳定的光线，甚至具备拉伸不断裂的特性。这一突破意义重大，因为传统二维半导体材料往往既脆弱又发光微弱。

这种复合材料中，Nafion聚合物不仅增强了脆弱材料的机械性能，还能修复表面缺陷 —— 这些缺陷正是导致发光效率下降的主因。最终获得的材料发光亮度比纯二硫化钼提升了数个数量级。

过去十年间，二硫化钼等二维材料始终是研究热点。自石墨烯首次被分离以来，科学家持续探索这类超薄晶体的独特性质。与发光性能差的石墨烯不同，二硫化钼具有直接带隙特性，意味着它能更高效地与光相互作用。但单层二硫化钼既脆弱又仅能发出微光，始终制约其实际应用。

通常用于燃料电池质子交换膜的Nafion材料，本身具有柔性、化学稳定性及离子交互能力，这些特性恰好为脆弱的二硫化钼薄膜提供了理想支撑。该聚合物不仅起保护作用，更能主动修复半导体表面捕获电子并导致光能猝灭的微观缺陷，最终形成兼具坚固性与高光子发射效率的复合物。

这种新材料在光子学领域应用前景广阔。光子计算设备用光子替代电子进行信息传输，能使数据传输速度更快、能耗更低。当前光子技术已应用于激光器、光缆、太阳能电池和智能手机摄像头等领域。对于下一代计算机而言，基于光子的电路意味着更高运行速度（光子不会像电子那样碰撞产热），理论上还能降低能耗（这对人工智能等高耗能领域尤为重要）。

短期来看，这种材料有望催生可拉伸显示器、柔性激光器和芯片集成光源等新型设备。从长远来看，或将引发光子计算机革命，打造出比现有电子设备运行更快、能效更高的计算系统，为人工智能、数据处理和通信领域带来突破性进展。

该项研究成果已发表于《美国化学学会杂志》。

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