水溶性量子點和量子點-分子篩納米復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、白光發(fā)光二極管(白光LED)由于其壽命長、環(huán)保、效率高等優(yōu)點,將成為新一代固體照明光源。目前,商業(yè)白光LED主要是通過熒光轉(zhuǎn)換法將Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce)黃色熒光粉涂于藍(lán)光LED芯片上來實現(xiàn),但是由于缺乏紅色成分導(dǎo)致白光LED的顯色指數(shù)不高,發(fā)光效率低等缺陷,所以尋求一種發(fā)光效率高、穩(wěn)定性好的熒光材料成為白光LED研究中的一個熱點。量子點作為一種新型的納米材料,由于存在量子限域效應(yīng),使其表現(xiàn)出獨特的熒光性能。相對于有機

2、染料而言,量子點存在很多優(yōu)點,如激發(fā)光譜寬、顏色可調(diào)、抗光漂白等。由于這些獨特的性質(zhì),量子點在生物醫(yī)學(xué)、光電器件以及催化等領(lǐng)域表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。目前,大多數(shù)商業(yè)用量子點都是通過傳統(tǒng)的有機金屬法合成,其合成過程毒性較大。本文從應(yīng)用的要求出發(fā),采用綠色環(huán)保的巰基水相法合成適用于LED用的量子點。對所合成的量子點的結(jié)構(gòu)組成、形貌特征、光譜性能等進行了表征。將實驗所合成的部分量子點應(yīng)用于白光LED中,并對所組裝白光LED的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進行了

3、詳細(xì)地討論。除此之外,還通過采用Y型分子篩作為主體材料,在Y型分子篩中合成規(guī)則有序的量子點,并對其光催化性能進行詳細(xì)地研究。具體開展了以下工作:
　　(1)在水相體系中,通過一步水相法成功地合成了巰基乙胺(CA)穩(wěn)定的CdTe量子點。CA-CdTe量子點為近球形的閃鋅礦結(jié)構(gòu);通過控制體系的反應(yīng)時間來調(diào)節(jié)CdTe量子點的發(fā)射波長,結(jié)果表明,隨著回流時間的延長,其最大熒光發(fā)射波長發(fā)生明顯的紅移現(xiàn)象,表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)。通過對反應(yīng)

4、溫度、前驅(qū)體溶液的pH值、Cd與Te的物質(zhì)的量比等條件的優(yōu)化,得到了一個巰基乙胺穩(wěn)定CdTe量子點水相合成的最優(yōu)合成方案:n(Cd2+):n(Te2):n(CA)=1:0.05:2,pH為5.85,溫度為100℃,并且最大熒光量子產(chǎn)率可以達(dá)到10.73％。
　　(2)用巰基乙酸作為穩(wěn)定劑,通過一鍋水相法成功地合成了一系列不同Mn離子量摻雜的CdTe納米粒子。XRD和HRTEM結(jié)果表明,樣品具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)CdTe量子點的特征峰,說明

5、Mn離子的加入并沒有改變CdTe量子點的晶體結(jié)構(gòu);并且樣品為近球型形狀,直徑約為3nm。Mn離子的加入使得CdTe量子點的熒光發(fā)射光譜發(fā)生明顯的紅移現(xiàn)象,使得更加容易得到紅光發(fā)射的量子點,可將其應(yīng)用于商業(yè)白光LED以彌補商業(yè)熒光粉的缺陷。
　　(3)以Na2TeO3為碲源,分別以硫普羅寧(TP)、L-半胱氨酸(Cys)和巰基丁二酸(MSA)作為穩(wěn)定劑,在水相體系中合成水溶性的CdTe量子點。XRD和HRTEM結(jié)果表明三種不同穩(wěn)定劑

6、穩(wěn)定的CdTe量子點都呈球狀的閃鋅礦結(jié)構(gòu),且分散均勻。實驗結(jié)果表明,分別用三種穩(wěn)定劑穩(wěn)定的CdTe量子點均在堿性條件下合成,并且穩(wěn)定劑的種類對量子點在水相介質(zhì)中的尺寸分布和生長率有很大的影響。從它們的熒光發(fā)射峰可以看出,MSA穩(wěn)定的CdTe量子點的生長速度最快,當(dāng)回流到7h時其最大熒光發(fā)射達(dá)到了650nm的紅光發(fā)射。TP穩(wěn)定的CdTe量子點的生長速度最慢,當(dāng)回流7h時的最強發(fā)射波長只有586nm。
　　(4)分別以ZnCl2、Cd

7、Cl2、TeO2為Zn源,Cd源和Te源,采用一鍋水相法合成水溶性藍(lán)光發(fā)射的ZnxCd(1-x)Te量子點。實驗結(jié)果表明,通過改變Zn2+/Cd2+摩爾比可以調(diào)節(jié)合金化合物的發(fā)光顏色。隨著Zn2+/Cd2+摩爾比的增加,ZnxCd(1-x)Te合金型量子點的發(fā)射波長發(fā)生明顯的藍(lán)移現(xiàn)象,當(dāng)Zn2+/Cd2+摩爾比為70︰2時,ZnxCd(1-x)Te合金型量子點發(fā)出460 nm左右的藍(lán)光。通過對實驗合成的ZnCdTe量子點的表面進行修飾,

8、在ZnCdTe量子點的外表面再生長一層CdSe量子點殼,生成黃光發(fā)射的ZnCdTe/CdSe核/殼型納米晶體,可作為白光LED用黃色熒光粉。
　　(5)采用熒光轉(zhuǎn)換法,用單核的巰基丙酸(MPA)穩(wěn)定的CdTe量子點與商用的YAG黃光熒光粉混合封裝于藍(lán)光LED芯片上,獲得RYB三光色復(fù)合白光LED,有效地提高了光譜中紅光的成分,改善了YAG的顯色性,顯色指數(shù)從原來的62.6提高到了75。其次,將紅光發(fā)射的Cd(1-x)MnxTe量子

9、點作為熒光粉封裝于近紫外發(fā)光的LED芯片上,獲得發(fā)光性能較好的紅光量子點LED,說明Cd(1-x)MnxTe量子點可用于LED的封裝。并且考察了將少量的Cd(1-x)MnxTe量子點加入到商業(yè)YAG黃色熒光粉中,彌補商業(yè)YAG熒光粉的缺陷,提高商業(yè)用白光LED的發(fā)光性能,將顯色指數(shù)從原來的62.6提高到了78,這比單核CdTe量子點的效果更佳。最后,將ZnCdTe/ CdSe核/殼型量子點作為熒光粉封裝在藍(lán)光LED芯片上,獲得20mA工

10、作電流下顯色指數(shù)為51.1的白光LED;由于ZnCdTe/CdSe量子點白光LED缺乏綠光的成分導(dǎo)致顯色指數(shù)低,為了提高其顯色指數(shù),將綠光發(fā)射的Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+熒光粉與ZnCdTe/CdSe量子點按照合適的比例混合均勻封裝在藍(lán)光 LED芯片上,獲得顯示指數(shù)較高的白光LED。當(dāng)Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+熒光粉與ZnCdTe/CdSe量子點的質(zhì)量比為1︰1.5時,獲得20 mA工作電流下顯色指數(shù)為88.