玻璃中的纳米晶体结构实现稳定激光输出

钙钛矿纳米晶（PNCs）因优异的光电特性（如可调带隙、高量子产率等）在发光器件、传感器、光伏和激光器等领域前景广阔，但因其离子特性导致化学稳定性差，需通过钝化和封装解决。玻璃作为封装基质能有效保护PNCs并保持其性能，然而传统制备方法需高于玻璃化转变温度（Tg）的高温和长时间热处理，能耗大，且尚未实现连续波（CW）随机激光。

本研究提出一种低温短时间策略，在远低于Tg的温度下调控玻璃中PNCs的结构、光致发光和激光性能。通过钙钛矿域内的纳米相分离和离子交换，生成可调谐PNCs；控制纳米相分离和PNCs结晶，构建出“钙钛矿纳米晶-玻璃层级结构”。该层级结构中散射显著增强，实现了阈值低至52.6毫瓦/平方厘米的稳定CW单模随机激光。将层级结构嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，制成柔性CW随机激光器，可用于无散斑激光成像和动态全息显示。

具体而言，研究通过氯-溴共掺杂制备相分离的钙钛矿纳米晶-玻璃复合材料（NGCs），利用Cl⁻和Br⁻离子的质量、尺寸及与Pb²⁺的络合能力差异，在低温热处理下实现离子交换，调控CsPb(Cl1-xBrx)3 PNCs的组分，使光致发光波长在465-515 nm连续可调。原位拉曼、X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）等证实了PNCs的形成及离子交换过程，且低温处理修复了缺陷，提升了量子产率（最高52.1%）。

进一步通过调控热处理温度（略高于PNCs熔点但低于玻璃相Tg）和时间，形成“PNCs@非晶钙钛矿纳米颗粒@玻璃”的层级结构。这种结构中，小尺寸PNCs分散在大尺寸非晶钙钛矿纳米颗粒内，显著增加光散射和光学增益。在飞秒激光泵浦下，实现阈值6.0 μJ/cm²的高品质单模激光（品质因子Q=1190）；在405 nm CW激光泵浦下，阈值低至52.6 mW/cm²，且具有良好稳定性（如乙醇浸泡9个月、20次热循环后性能无明显变化）。

该层级结构激光器无需腔体制备，具备柔性，波长可调，在无散斑成像（提升图像质量）和动态全息显示（如7.5 μm像素间距的激光阵列）中展示了应用潜力。此方法为调控纳米晶-玻璃复合材料光学性能提供了通用策略，有望拓展至其他纳米晶和多相体系。