量子點熒光微球的合成及其應(yīng)用

一、引言

半導(dǎo)體照明是一種基于大功率高亮度發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)的新型照明技術(shù)。相比傳統(tǒng)照明光源，白光發(fā)光二極管(WLED)具有耗電量少、發(fā)光效率高、可靠性高、安全環(huán)保、壽命長等特點。在當(dāng)今環(huán)境污染日益嚴(yán)重，氣候變暖和能源日益緊張的背景下，半導(dǎo)體照明技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一。

在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，在高顯色性(Ra>90)同時獲得高光效，并且獲得像自然光一樣自然、舒適的照明效果是LED業(yè)界一直追求的目標(biāo)，也是LED照明產(chǎn)品能否被消費者廣泛接收、LED節(jié)能工程能否順利推廣的關(guān)鍵因素之一。目前現(xiàn)有的GaN基藍光LED與YAG：Ce3+黃色熒光粉結(jié)合的方式可以獲得較高的光效，但由于缺少紅光波段，顯色指數(shù)難以達到較高水平。增加紅色熒光粉可以提高顯指，但同時也會大大降低白光發(fā)光二極管光效，并且紅色熒光粉在濕氣下較不穩(wěn)定，易造成色溫漂移。如何實現(xiàn)高光效、高光色品質(zhì)LED照明，又可以同時實現(xiàn)高流明效率與顯色指數(shù)，成為下一代照明急需解決的問題之一。

量子點是指在空間三個維度上存在量子限域效應(yīng)的半導(dǎo)體納米晶材料，又被稱作“人造原子”。量子點材料的粒徑一般介于1-10 nm間，當(dāng)半導(dǎo)體晶體的尺寸小于或接近激子波爾半徑時，由于量子限域效應(yīng)，材料中的連續(xù)能帶結(jié)構(gòu)變?yōu)榉至⒛芗壗Y(jié)構(gòu)，由此帶來了發(fā)光光譜窄、色純度高、色域廣等優(yōu)勢，且通過厚殼層材料的包裹可以提高量子點的穩(wěn)定性。

二、研究及結(jié)論

本項目采用有機化學(xué)合成法，利用正三辛基膦(TOP)輔助的快速注入生長方法，改進傳統(tǒng)的制備工藝，實現(xiàn)了CdSe/CdS厚殼層核殼量子點復(fù)合材料的合成制備。并對所合成的核、核殼量子點及其復(fù)合材料的晶格結(jié)構(gòu)、形貌特點與發(fā)光性質(zhì)進行了XRD、TEM、SEM、UV-vis、PL表征和紅光補償效果測試。合成的CdSe核直徑大約5nm，半峰寬27nm，具有立方纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)，詳見圖1;CdSe/CdS核殼量子點直徑約11nm，半峰寬33nm，具有CdS晶格結(jié)構(gòu)的特征峰;合成的CdSe/CdS量子點熒光微球直徑約為45-75 μm，半峰寬30nm，外觀呈菱形規(guī)則形貌，且顆粒分散性良好，見圖2。將該材料與YAG：Ce3+黃色熒光粉組合應(yīng)用，獲得了高光效(148.29lm/W)，高顯色指數(shù)(Ra=90.1，R9=97.0)的白光發(fā)光二級管，獲得的CdSe/CdS核殼量子點復(fù)合材料在白光發(fā)光二極管中深紅光波段的補償效果。對產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)核殼量子點復(fù)合材料批量制備及WLED規(guī)模生產(chǎn)具有重要意義。