实验室李宁教授团队：高湿度稳定性和低放大自发辐射阈值的准二维钙钛矿高通量开发
卤化物钙钛矿作为低阈值激光增益介质展现出巨大潜力，但其薄膜在极端高湿（如雾、露）环境压力下极易降解，这成为走向实际应用的主要瓶颈。引入大体积有机间层阳离子构建准二维（Quasi-2D）钙钛矿能有效提升耐湿性。然而，手动探索广阔的成分空间极具挑战，且目前研究多局限于少数几种阳离子或固定掺杂浓度。如何高效筛选并协同开发出兼具极端耐湿性与超低放大自发辐射（ASE）阈值的准二维钙钛矿增益介质，依然面临严峻挑战。
近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的李宁教授课题组利用自动化高通量实验平台，实现了对12种脂肪族有机阳离子的准二维钙钛矿薄膜进行高通量制备与稳定性筛选，并基于表面疏水性与晶界密度的竞争机制，开发出一种具有独特RP/DJ双阳离子混合相的准二维钙钛矿薄膜。该薄膜展示出优异的湿度稳定性和7.5 μJ cm-2超低放大自发辐射（ASE）阈值，有望拓展高性能钙钛矿激光增益介质及长寿命光电器件领域的应用。
针对准二维钙钛矿在高湿环境下易降解、传统人工实验难以高效筛选大规模组分空间的问题，研究团队构建了自动化高通量实验平台，对12种脂肪族RP和DJ型有机间层阳离子及不同平均层数（<n>）的准二维CsPbBr3薄膜进行了系统研究。结果发现，薄膜湿度稳定性并非由单一因素决定，而是受到“表面疏水性”与“晶界密度”之间竞争关系的共同调控。长链有机阳离子能够提高薄膜表面疏水性，抑制水分子吸附与渗透；但过高掺杂浓度又会导致晶粒减小、晶界增多，从而为水分扩散提供更多通道，加速材料降解。
进一步研究发现，超长链R–P型阳离子虽然具有优异疏水性，但会降低前驱体溶液对基底的润湿能力，导致薄膜形成孔洞和不连续结构，不利于实现低损耗激光增益介质。为解决这一问题，团队创新性提出RP/DJ双阳离子混合相策略，通过同时引入nonylammonium（NA）和1,12-diammonium（DDA）协同调控表面能与结晶过程，成功制备出致密平整的NA-DDA/50-20双相准二维钙钛矿薄膜。该薄膜不仅获得低至7.5 μJ cm−2的超低放大自发辐射（ASE）阈值，而且在极端高湿老化30 min后仍保持稳定ASE输出；在未封装条件下于空气中存放9个月后，其ASE阈值几乎没有明显变化。该研究揭示了准二维钙钛矿在极端湿度环境下的稳定性调控机制，并为高稳定、低阈值钙钛矿激光增益介质的高通量开发提供了新思路。
相关研究成果以“High-Throughput Development ofHumidity-Stable Quasi-2D Perovskites with a Low Amplified Spontaneous EmissionThreshold”为题发表在AdvancedOptical Materials上，其中通讯作者为李宁教授，第一作者为李佳豪硕士生。该研究工作得到了中国国家自然科学基金（52394273和52373179）、中部科技创新基金（20242065）、中央高校基础科研基金（2025ZYGXZR024）、广东省分子聚集体发光重点实验室基金（2023B1212060003）、CPSF博士后项目（GZB20240229）和中国博士后科学基金（2025M770101）等科研项目的资助。
