绿色CdSe@ZnS合金量子点的制备及其在发光二极管中的应用

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随着对显示器件的色彩要求越来越高,量子点作为纳米发光材料由于其宽吸收、窄发射和光谱连续可调等优异的光学性质,使其在发光和显示等领域具有广阔的应用前景。  量子点发光二极管(QLEDs)作为新一代的显示技术,具有高色纯、宽色域和高稳定性等诸多优势而引起研究者的广泛关注。经过二十多年的发展,从最初的效率低、稳定性差,逐步发展到效率和稳定性都接近商业化的应用标准。红、绿、蓝单色 QLEDs器件的最高外量子效率分别达到20.5%、16.5%和12.4%,相应的最长器件寿命分别达到300000 h、480000 h和1000 h。量子点作为QLEDs的发光材料,其荧光量子产率、化学元素梯度分布和粒径大小等都会影响 QLEDs器件的性能。深入研究量子点的光物理与光化学过程提高合成量子点的质量,是构筑高性能 QLEDs器件的关键,是实现下一代平面显示技术和固态照明的基础。  本文通过合成梯度合金结构量子点,研究了其荧光稳定性和粒径变化对 QLEDs器件性能的影响。通过一锅法热注入的方式合成了高荧光量子产率、不同粒径尺寸和发射光谱可调的绿色合金结构CdSe@ZnS量子点,研究了紫外光、水处理量子点对其荧光稳定性的影响,发现经过优化合成的合金结构 CdSe@ZnS量子点具有荧光增强作用。对QLEDs器件性能研究表明:合适粒径大小的量子点有利于器件效率和稳定性的提高,同时对量子点进行紫外光-水共处理使得其荧光增强,使QLEDs器件的效率有较大幅度的提升。具体开展了以下三部分研究工作:  (1)绿色合金结构CdSe@ZnS量子点的合成及其性能研究  为了研究有机金属盐的有机基团对量子点合成的影响,我们使用过渡金属氧化物CdO和ZnO作为阳离子前驱体材料,合成了合金结构的CdSe@ZnS量子点。研究结果表明:使用单一油酸配体合成的量子点荧光稳定性较差,易受到环境变化的影响,如水氧或光照条件下量子点荧光淬灭较为严重,不利于下一步应用。同时也说明在单一配体合成合金结构量子点在合成过程中,由于前驱体活性的不协调会导致合成过程量子点的元素梯度分布不均一,导致其晶格扭曲,也使在清洗量子点的过程中其表面配体容易脱附,从而使得其荧光量子产率下降。  (2)乙酸调控合金结构CdSe@ZnS量子点的合成及其荧光稳定性  研究了短链有机酸乙酸作为辅助配体对合成量子点的光学性质的影响。研究结果表明:乙酸的引入有效的调节了阴阳离子反应活性,调控量子点粒径分布和荧光稳定性。乙酸浓度为0.1 mmol/ml时有助于合成高荧光稳定性的合金结构CdSe@ZnS量子点,通过紫外光-水处理后表现出荧光增强特性,是因为在紫外光照射下发生的光物理和光化学过程导致量子点的部分缺陷能级的禁锢或消失,从而使量子点荧光增强并提高荧光量子产率。优化量子点合成过程使其在水氧环境下能够保持较高的荧光稳定性。  (3)不同粒径的CdSe@ZnS/ZnS合金量子点在QLEDs中的应用  优化合成了绿光合金结构的CdSe@ZnS量子点,并对其包覆不同厚度的ZnS壳层后,合成了不同粒径的CdSe@ZnS/ZnS量子点,并将其应用在QLEDs器件中,研究了包覆不同厚度ZnS壳层前后的量子点发光效率和稳定性变化。研究结果表明:随着量子点粒径的变化QLEDs器件的效率和稳定性逐步提高,当CdSe@ZnS/ZnS量子点的粒径为12.8 nm时,QLEDs器件最大电流效率达到50.6 cd/A、最大外量子效率12.16%;通过相应的紫外光-水后处理提高其荧光量子产率,经过后处理的量子点应用在QLEDs器件中其最大电流效率值提高到65.7 cd/A、最大外量子效率提高到15.94%。
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