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量子点资料的研讨现状及在光致发光和电致发光范畴的使用

来源:http://www.360yptsh.com 编辑:www.ag88.com 时间:2018/10/18

  量子点资料的研讨现状及在光致发光和电致发光范畴的使用

  

继半导体纳米晶体的许多新的物理现象的发现,许多运用量子点(Quantum Dots, QD)的潜在的运用被发现。因为量子限域效应和量子尺度效应,半导体量子点具有激发光谱宽、半峰宽较窄、波长可谐和溶液加工等特色,遭到广泛重视。经过30多年的开展,量子点资料已完成了“绿色组成道路”,功能逐步进步,可以进行工业化产品出产供给,现在现已开宣布商业化运用的光致发光器材,该系列器材相继运用于LED照明和显现范畴。尤其在显现范畴,cdse等量子点的线宽极窄,颜色饱满度高,关于物体的颜色复原才能较强,能到达ntsc色域的120%以上,引起了世界上大都电视厂商和手机屏幕供给商的追捧。自2013年SONY发布第一款量子点电视以来,TCL、三星、LG及纳晶科技等公司发布了数款量子点产品,掩盖了电视、手机、电脑显现器等多个范畴。在2018年美国CES展览上,TCL、海信等公司力推量子点显现技能,必将推进量子点显现的进一步开展壮大。估计在2025年,量子点显现可以占有商场30%以上的比例。

  

本总述针对量子点运用于高颜色质量的照明和显现技能的光致发光和电致发光运用进行系统的论述。量子点的开展从开始的照明到现在的光致发光高色域显现背光源,现已进入商业化运用阶段。下一阶段可以幻想出量子点的本钱的逐步下降、大规模的组成,以及QD Vision、三星、LG等厂商在量子点电致发光上所支付的尽力,会进一步促进量子点的大面积的电致发光器材的商业化。

  

胶体量子点

  

胶体量子点一般指的是在溶液中进行组成和处理的纳米尺度的晶体,其能均匀地涣散在溶液中,量子点的外表掩盖一层有机配体,配体经过配位键连接到量子点外表。最常见量子点由II-VII族(cdse,cds,Znse,cds,Pbs,Pbse)、III-VI族(InP、InAs)或I-III-VII族(cuIns2,AgIns2)组成的半导体纳米颗粒。经过在组成中调配不同的元素和配体,可以得到不同描摹和性质的量子点。

  

因为量子尺度效应和量子限域效应,经过简略地调操控备的量子点的尺度,可以使其光谱掩盖从蓝光到近红外的一切波段。如硒化镉量子点,当组成粒径从2nm添加到8nm时,在紫外光照射下,其颜色可以从蓝色过渡到赤色的改动。现在,镉基的量子点现已证明具有极好的功能,由镉、锌、硒、硫等元素组成的量子点现已进入了运用阶段。一起,无镉量子点如InP也在研讨进展过程中;钙钛矿量子点也是当时一个抢手的研讨系统,但钙钛矿量子点的安稳性仍然是一个问题。本总述首要针对胶体半导体量子点进行总结。

  

量子点组成的开展

  

量子点的组成在量子点的开展过程中起到了决定性的效果,只要可以取得安稳牢靠的量子点才能为研讨和工业运用打下根底。依照量子点的组成系统,分为水相和油相系统,可是水相组成的量子点安稳性差、量子产率低、尺度散布广,并且简单聚会和沉积,现已逐步被筛选。在油相系统中,一般包含在120-360°C的温度下在有机高沸点溶剂中,前驱体反响生成量子点的晶核并且经过随后的降温中止成长。2001年Peng等运用毒性和反响活性都较低的氧化镉成功制备了高质量cdse、cds、cdte量子点,随后2002年提出了非配位溶剂的系统,也是现在运用最广的十八烯系统,这种低熔点、高沸点的溶液,在Ar气环境下,成功制备了cds量子点。这种组成系统不需求在无水的环境下反响,且反响温文,晶核质量易操控,试验重现性好,简化了制备工艺,被誉为“绿色组成道路”,现在学术上以及工业界都是运用这种办法进行组成。

  

在曩昔的10年中,微反响办法也得到了改善,运用这种办法可以大规模出产纳米晶体,并对物理和化学功能有很好的操控。因为反响器的可控性添加,在每个工艺过程中可以实时剖析的传感器集成以及优化算法以添加产值,使得这一改善成为可能。在微反响器中现已成功组成了纳米晶体胶体,例如cdte,cdse,InP,乃至包含cdse/Zns和Znse/Zns核/壳结构量子点。虽然微反响器办法可以代替批次组成,可是需求额定的改善来组成具有更杂乱组成、形状和可控荧光性质的纳米晶体。

  

量子点资料的研讨现状及在光致发光和电致发光范畴的运用

  

图 1 量子点的开展进程

  

量子点结构设计及优化

  

量子点尺度较小,比外表积大,依据其尺度的不同,其一切原子的~10%-80%都坐落外表,只保存部分配位。这些不饱满外表悬挂键充当了有用的电荷圈套,可大幅下降量子产率,并且极易与氧气等发作反响而变得不安稳。第一种使这些悬挂键饱满的战略是经过有机钝化。在这个过程中,适宜的有机配体可以作为外表原子的配位,一起也可以在给定的溶剂中进步量子点的溶解度。典型的配体包含三辛基膦(toP),三辛基氧化膦(toPo),油酸(oA)和各种脂肪胺(例如油胺,辛胺等)。经过运用这些外表配体,未钝化量子点的低量子产率(一般<1%)可以部分添加到1%和50%之间。

  

战胜核的不安稳性的更遍及的处理计划是在核周围外延成长无机壳层。取决于体资料的导带(cB)和价带(VB)边际怎么相关于核壳摆放,核和壳资料的具体挑选可以断定不同的电子结构,然后具有不同的荧光特性。经过制备不同的无机核/壳异质结构,准确操控量子点内的电子和空穴空间散布,供给所需的光学、电子和化学性质的调制,以习惯广泛的潜力。Bawendi和Alivisatos报导了cdse/Zns和cdse/cds成长的具体研讨,突出了壳层组成和厚度对载流子离域的影响,并提出了重要的界面核/壳晶格应变。在一切用于成长核/壳量子点的组成办法中,Li等人开发的接连离子层吸赞同反响(sILAR)计划一直是最通用的。但因为sILAR程序一般耗时且杂乱,经过“一锅法”制备的量子点相同具有高的量子产率。微波辅佐组成的cdse/cds/cdZns核/多壳层量子点具有高发光性和优异的安稳性。该办法在根据打针的组成方面呈现出一些长处,例如前驱体的活化挑选性,批次之间的高重现性以及近乎接连的纳米晶体出产。另一种“一锅法”用于这制备在CDSE核外梯度成长CDS/ZNS壳层,因为在310°C高温下两个壳层之间受操控的晶体界面,其具有约90%的量子产率。

  

但是,核和壳的资料一般具有不同的晶格参数;因而,在核壳界面处易呈现结构缺点供给了非辐射衰减通道,这种结构也会下降量子点的量子产率。因而,除了考虑资料自身的电子结构之外,有必要针对核与壳的最小晶格失配来恰当调整壳层以防止结构缺点。为了处理这个问题,一种可行的办法是运用合金或许梯度的壳层作为缓冲层。在该结构中,运用逐步从一种资料改动到另一种资料的突变合金层来缓解由晶格失配引起的应变。2005年初次组成了高亮度的CDSE/CDS/Zn0.5cd0.5s/ZNS多壳层量子点,并提出了这一概念。经过逐步改动与CDS晶格失配较大的ZNS之间的合金层,取得了较高的量子产率。这种概念在各种量子点资料中广泛适用。此外,这种梯度合金还能有用按捺非辐射的俄歇复合,对电致发光除了可以对具有不同晶格参数的不同壳体进行工程改造外,梯度合金层还经过削减非辐射俄歇复合下降了衰变速率,然后进步电致发光的外量子效率。

  

量子点的光致发光运用

  

跟着组成办法、结构设计的不断优化和量子点功能的逐步进步,光致发光量子点器材的研讨和商业化测验也在不断进行。光致发光的两个运用首要是运用量子点的可见光全光谱掩盖的高显色指数的照明运用和运用窄发射带宽的显现器背光源的运用。

  

量子点资料的研讨现状及在光致发光和电致发光范畴的运用

  

图 2 量子点在 (a) 显现和 (b) 照明上的优势

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