铯铅卤钙钛矿量子点的氨基硅氧烷改性及色转换LED应用

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全无机CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿纳米晶具有高光致发光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield,PLQY)、半峰宽窄、荧光波长可调谐、制备方法简单等优点,在显示领域表现出优异的应用前景。但其PLQY仍有提升空间,光稳定性问题也亟待解决。由于其作为离子化合物并且表面配体容易脱落,在光、氧、热以及极性环境中会发生分解、团聚等现象,导致其光学性能的下降,限制了CsPbX3纳米晶进一步的应用与发展。根据这一问题,本文基于热注入法合成CsPbX3钙钛矿纳米晶,采用氨基硅氧烷对CsPbX3纳米晶进行表面改性,配体交换过程修复了Cs空位,显著提高了纳米晶的性能。由于氨基可以有效与油酸反应形成铵根离子,进而与溴离子发生静电作用,附着在纳米晶表面,尾端的硅甲氧基与空气中少量的水分发生水解反应进行表面改性钝化,可以显著提升纳米晶的光、氧、热、极性环境中的稳定性,减小其半峰宽,并在此基础上制备出具有高色域的色转换LED。具体研究内容如下:(1)基于热注入法制备CsPbBr3钙钛矿纳米晶的基础,在合成过程中使用3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)作为氨基配体取代原有的油胺,采用此种方法制备得到的纳米晶记为In AP-CsPbBr3。In AP-CsPbBr3发光峰位在513 nm处,PLQY提升至80%,尽管其稳定性得到很大提升,但其荧光效率仍然不够理想。原位引入Zn Br2显著提升了纳米晶的光学性能,PLQY达到了92%。在合成In AP-CsPbBr3的基础上,原位引入Zn Br2,此种方法制备得到的纳米晶记为Zn-In AP-CsPbBr3。Zn-In AP-CsPbBr3的PLQY提升至99%,并且在空气、高温、极性环境下的稳定性都得到了较大的提升。(2)通过传统热注入法制备CsPbBr3钙钛矿纳米晶后,将APTMS作为配体在室温条件下对纳米晶进行配体交换,采用此种方法制备得到的纳米晶记为Ex AP-CsPbBr3。Ex AP-CsPbBr3的PLQY提升至99%,表面并未形成较厚的Si O2壳层,半峰宽从原来的20 nm减小至17 nm,并且吸收强度提升了50%。Ex AP-CsPbBr3在空气环境中保存45天后,其PLQY仍能保持为原始的93%以上,并且在高温、极性以及光照条件下,稳定性也获得了极大的提升。(3)优选出ExAP-CsPbBr3作为绿色颜色转换材料,Ex AP-CsPbI3作为红色颜色转换材料,进一步引入Zn Cl2与Zn Br2,通过卤素离子交换调节发光峰位,制备高稳定性的色转换材料。采用商用氮化镓LED作为色转换光源,硅氧烷钝化后的纳米晶作为色彩转换层制备色转换LED,其色域达到了134.9%美国国家电视标准委员会(National Television Standards Committee,NTSC)。
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