白光LED用全光谱碳量子点的制备及其光电性质的研究

• 作 者: 张贻俊
• 出 处: 温州大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 全光碳量子点 白光碳量子点 荧光可调 白光LED 光电性能

作为一种新兴的碳纳米材料——发光碳量子点(CDs),由于其具有高耐光性,低毒性,以及优异的光学性质,已经引起了研究者的广泛关注。目前需要制备高量子产率(QY)和良好荧光稳定性的全光谱碳量子点才可以更好地应用于LED照明领域。本论文采用溶剂热法成功合成出全光谱CDs,并采用多种表征方法研究了全光谱CDs的微结构和发光性能。此外,为避免由团聚诱导的固态荧光淬灭,本论文制备了CDs基固态复合材料,并将其与蓝光In Ga N LED芯片匹配,构建了LED器件。具体内容如下:1.采用溶剂热法处理柠檬酸铵(AC)和乙二胺四乙酸(EDTA)等前驱体成功制备出一系列发光可调的全光碳点。在紫外灯下,这些CDs呈现出明亮的颜色,从深蓝色到红色。研究探讨了这些全光谱CDs的光致发光(PL)机理主要是受碳点表面的官能团影响,如C=O和C=N。其中,白光发射主要是因为能级间电子跃迁引起的不同发射光的重叠。此外,为了避免固态淬灭,通过聚酰胺-650(P-650)与全光谱CDs复合,结合简单的旋涂技术将CDs混合物涂敷在超薄玻璃表面,与另一片超薄玻璃复合后经热处理得到全光CDs基夹层荧光玻璃,研究结果表明了全光CDs在LED和全光显示等方面有着潜在的应用前景。2.采用溶剂热法合成红光CDs后,首次将红光CDs分散在乙醇或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基二甲氧基甲基硅烷(AEAPMS)中成功制备出白光CDs溶液。研究发现,红光CDs具有激发独立的荧光行为而白光CDs却具有激发依赖的荧光行为。所制备的白光CDs(WCDs)的量子产率(QY)分别为50.8%和57.1%。红光CDs的溶剂变色主要是因为红光CDs和溶剂分子之间的电荷转移,而溶剂进一步增大电荷载流子密度并诱导电荷转移。该研究表明,白光CDs的白光发射主要是CDs表面分布不同的表面态,其PL中心发射的多重光复合后为白光。此外,被AEAPMS钝化后的WCDs表现出优异的光学性能,且具有很好的成膜能力。结合简单的丝网印刷技术将WCDs溶液印刷在玻璃基质上经过热处理后得到白光CDs基玻璃薄膜。最后,将固态复合物与紫光芯片复合后制备成WLED器件,其相关参数为:优化的色坐标(CIE)为(0.33,0.34),显色指数(CRI)为51,相关色温(CCT)为6735K。因此,WCDs有望应用于照明和显示领域。