随着半导体产业重心转移和传统荧光材料自身属性限制,探索新型荧光材料成为推动我国半导体产业崛起和增强我国核心科技竞争力的关键。量子点作为一种新型的半导体荧光材料,具有发射光谱窄且可调、激发范围宽和光转换效率高等优点,在光电器件等领域有广阔的应用前景,并已成为学术界的研究热点。然而,传统高性能量子点几乎都是基于小容量毫升级、间歇式制备的,造成反应温度不均匀且操控性差、扩大制备稳定性和重复性差以及单位时间生产效率低等问题,导致高质量量子点成本居高不下,成为制约高质量量子点快速、批量化生产的瓶颈。因此,如何设计并制造有利于实现高效制备高性能量子点的反应装置是关键。鉴于此,本课题提出复合功能结构微通道反应器用于制备量子点,可实现高性能量子点快速、高效以及批量化制备,这些功能的实现关键在于反应器的功能结构设计与制造。本课题从微通道结构优化设计、制造及作用机理等方面进行系统且深入的研究,主要研究工作与成果如下:(1)微通道反应器流场结构设计与制造针对微通道传热性能要求,设计了一种典型的传热型微通道,对微通道流场结构进行优化设计,建立流场结构等效电阻网络模型,提出了流速分布理论计算方法和流速均匀性评价方法,并用有限元模拟方法验证了理论模型的准确性;系统地分析了微通道几何结构参数对流速均匀性的影响规律,揭示了微通道流场结构对流速分布的作用机制。综合论证了微通道、多孔结构的材料及其加工性能的优劣势,制定了合理的微通道加工工艺路线和多孔功能结构成形方案。(2)碳量子点微通道反应器设计及作用机理基于微通道理论计算优化结果,设计了直线形、双蛇形和蛇形三种微通道用于研究不同流场结构对碳量子点(CQDs)性能的影响,基于有限元模拟,研究了不同流场结构流速、压降以及温度分布规律。此外,实验探索了三种微通道反应器对CQDs的作用机理,深入地研究了流速、温度、表面修饰物等关键操作参数对CQDs性能的影响,并通过光谱及显微表征技术对CQDs进行定性分析,揭示了不同流场结构微通道反应器制备的CQDs物质组成差异和形成机理。(3)碳量子点多孔结构微通道反应器设计及作用机理首次提出了金属纤维、泡沫铜多孔结构复合微通道反应器制备高荧光效率CQDs的方法,构建了微通道反应系统及测试平台,系统地分析了孔隙率、流体流速、反应温度等多种参数对CQDs微观形貌及光学性能的影响,并研究了多孔功能结构表面形貌以及有无多孔功能结构对CQDs荧光效率的影响。利用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱等表征技术深入地剖析了CQDs的物质组成及表面状态。(4)钙钛矿量子点超声/微通道反应器复合设计及作用机理针对微通道混合性能要求,重点分析了一种典型的多折弯蛇形微通道,并用有限元模拟方法研究了关键参数对微通道混合性能的影响机制。在钙钛矿量子点制备过程中,引入超声处理,利用超声的空化作用和热效应有效调控钙钛矿定向生长,实现钙钛矿跨尺度形貌调控。此外,通过超声与微通道反应器的分步复合调控钙钛矿量子点的能量带隙和光学特性,进而实现全光谱钙钛矿量子点制备。针对钙钛矿量子点易被降解、传统溶剂毒性大和制备成本高等问题,提出利用聚合物包裹和绿色非极性溶剂制备钙钛矿量子点,实现量子点绿色、低成本制备,并显著提升其稳定性。(5)新型量子点在光电器件中的应用重点研究了CQDs、钙钛矿量子点在光电器件中的应用情况。将白光CQDs与紫外LED芯片复合,优化相关参数,从而获得高显示指数的白光LED(WLEDs)器件。另外,将绿色钙钛矿量子点薄膜、红色荧光粉薄膜与蓝光LED芯片复合获得WLEDs,优化封装结构,WLEDs最高流明效率可达62.9 lm/W,并具有良好的工作和电流稳定性。