Ⅱ-Ⅵ族油溶性量子点的制备、修饰及应用研究
Study on Synthesis, Modification and Potential Application of the Oil-soluble Ⅱ-Ⅵ Group Quantum Dots
量子点是一种具有独特的光学特性的新型纳米材料.目前,量子点在医学生物以及光电器件等方面表现出了巨大的应用潜力.本文从应用的要求出发,主要对油溶性Ⅱ–Ⅵ族本征量子点和掺杂量子点的高效制备和量子点的二氧化硅修饰以及量子点在白光LED上的应用进行了研究,具体开展了以下工作:(1)在液体石蜡体系中,我们通过"连续前驱体注入法"在无膦条件下合成了CdSe/CdS/ZnS核/壳/壳量子点,成功实现了多壳结构量子点的绿色高效制备.随壳层的增加,所制备的核壳量子点的荧光强度显著提升,量子效率最高可以达到70%,同时抗光漂白性,热稳定性和提纯过程中的胶体稳定性也得到了很大改善.此外,我们还将"连续前驱体注入法"拓展到了CdSeTe/CdS/ZnS核/双壳结构量子点的制备上,产物的量子效率可达60%.同时,利用粒径和组成可以在红光到近红外范围方便的调节其发射波长.(2)我们首先通过一锅法在液体石蜡体系中成功合成了CdS:Cu量子点.获得的CdS:Cu量子点的荧光量子效率在18%~30%之间,在红光区有较强的发射,而吸收谱则位于近紫外和蓝光区,因此不会对黄光和绿光产生吸收.我们可以通过控制体系的反应温度来调节CdS:Cu量子点发射波长.另外,通过在CdS:Cu表面包覆ZnS壳层,CdS:Cu量子效率可以提高到40%~50%,其光化学稳定性和热稳定性也得到了改善.同时,我们还成功的在液体石蜡中以"形核掺杂"的形式制备了Mn:ZnSe量子点,获得的量子点在580nm左右有显著的Mn掺杂峰,最高量子效率可达26%.控制ZnSe前驱体的多次注入和调节MnSe的生长时间可以优化产物的发光效率.此外,我们还对液体石蜡中Cu:ZnSe量子点的制备进行了初步探索,成功的在无膦条件下获得了发光波长从蓝光到绿光可调的Cu:ZnSe量子点.(3)采取优化关键制备因素与有效后处理结合的方法改善量子点在二氧化硅修饰中荧光淬灭的问题.在反相微乳液法制备中,碱性催化剂对微球的粒径形貌和荧光性能有很大的影响.我们以适当浓度的甲胺溶液为催化剂制备了粒径均一的二氧化硅微球,其荧光强度最大能保持70%原始值.我们还研究了其他反应条件的影响,以进一步优化制备.然后我们以热处理结合紫外光活化作为后处理方法,进一步改善了二氧化硅微球的荧光性能,其最终量子效率最高可达56%,光稳定性和热稳定性也得到提高.最后我们对荧光增强的机制进行了探讨.(4)为尝试解决传统封装方式中荧光材料过于集中靠近LED芯片的弊端,将量子点先均匀的分散在树脂中再用于封装,从而形成一种新型的复合物材料,具有较好的抗光漂白和热稳定性.将含红光CdSe双壳量子点的树脂复合物封装于蓝光LED芯片上,获得了发光性能较好的红光量子点LED,证实这种复合物可应用于LED的封装.用红黄绿三色CdSe双壳量子点/树脂复合物封装于蓝光LED芯片,获得RYGB四带复合量子点白光LED,提高了光谱中红光和人眼敏感的黄绿光成分,获得了100mA激发电流下显色指数88,色温3865K,光效32lm/W的优质白光.将红光CdS:Cu/ZnS量子点与YAG:Ce黄光荧光粉和蓝光LED芯片复合构建白光LED.获得的白光在120mA激电流发下显色指数可提高到86,最大光效37.43lm/W.因CdS:Cu/ZnS量子点较大的Stokes位移,提高红色和深红区显色性的同时无重吸收.
- 作者：
- 王解兵
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 孙康；李万万
- 中图分类号：
- O471.1
- 关键词：
- 油溶性；Ⅱ-Ⅵ族量子点；核/多壳结构；掺杂量子点；量子点/二氧化硅微球；白光发光二极管
- oil-soluble Ⅱ-Ⅵ group quantum dots；core/multi-shellstructure；doped quantum dots；QD@silica microbeads；whitelight-emitting diodes (WLED)