一種熒光量子點微納米級封裝的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熒光材料，特別涉及一種熒光量子點微納米級封裝的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于量子點的高發(fā)光效率、高穩(wěn)定性、微納米封裝的熒光粉末用于量子點優(yōu)化的白光發(fā)光二極管，一般用于調(diào)節(jié)白光二極管的顯色指數(shù)(Color rendering index)，和用于顯示的紅/綠/藍三色發(fā)光二極管器件，用于提升顯示器的色域(Color gamut)。
[0003]膠質(zhì)量子點具有發(fā)光連續(xù)可調(diào)，發(fā)射光色純度高，且具有較高的轉(zhuǎn)換效率，作為下一代照明與顯示技術(shù)的核心材料已經(jīng)取得了比較成熟的制備技術(shù)。為了減少和消除量子點表面缺陷(包括本征晶體生長的缺陷和懸空鍵)，常用的方法是在量子點表面外延生長無機殼層。然而，作為具備無機核殼結(jié)構(gòu)的納米晶體顆粒，其仍然具有很高的表面能，改變量子點的環(huán)境都有可能會造成量子點的團簇和熒光淬滅。為了增加量子點自身以及在復(fù)合材料中的穩(wěn)定性，常常使用表面活性劑對其表面進行有機修飾，得到膠體量子點。
[0004]量子點通常不能直接使用，因為量子點比較脆弱。自身由于納米尺寸表面能較大，會發(fā)生團簇，造成熒光猝滅，容易發(fā)生能量轉(zhuǎn)移；同時，膠質(zhì)層容易被侵蝕，留下缺陷能級，形成非輻射躍迀通道，造成熒光衰退。大部分的物理化學(xué)環(huán)境都會讓量子點發(fā)生熒光猝滅。因此，如何使用量子點是目前一個比較熱門和關(guān)鍵的一個問題。
[0005]在實際的應(yīng)用過程中，通常的做法是直接將量子點分散到聚合物基體中得到熒光復(fù)合材料，形成簡單“量子點-載體材料”的簡單結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料基本上保持了膠體量子點的熒光特性，然后直接將復(fù)合材料結(jié)合藍光LED得到白光，或者得到經(jīng)過量子點轉(zhuǎn)換的多色光譜，分別可以直接應(yīng)用于顯示和照明。
[0006]現(xiàn)有文獻中比較經(jīng)典的封裝量子點的方法:1、將量子點分散到聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)中，使用的封裝形式是遠離式(remote)封裝(見參考文獻I)。這種封裝形式的缺點就是量子點會因為和表面配體和介質(zhì)層不兼容，從而緩慢地在PMMA中團聚造成熒光發(fā)光波長紅移和熒光效率衰退，其次就是PMMA的阻水阻氧能力比較差，滲透的水氧小分子容易也會對量子點表面侵蝕造成熒光衰退。2、涂覆芯片(On chip)式的封裝(見參考文獻2)。為了阻止量子點的團聚，首先對量子點表面進行轉(zhuǎn)氨基化處理，使得量子點和周圍的介質(zhì)層材料相容性增強，減小團聚，也阻止了水氧的侵蝕。然而，這種轉(zhuǎn)氨基作用本身就容易對量子點表面配體的造成破壞，從而影響量子點的初始的熒光效率。
[0007]此外，量子點對于溫度、氧氣和水較為敏感，即使是在復(fù)合材料中，也會由于膠質(zhì)量子點的表面配體長期氧化和聚合物載體材料不兼容等問題造成脫落導(dǎo)致熒光衰退，嚴重影響器件的使用壽命。為了提高量子點器件的使用壽命，在遠離式(Remote)封裝基礎(chǔ)上進一步改進，曾嘗試使用二氧化硅(silica) /聚乙烯吡咯烷酮(PVP)材料作為遠離式封裝的阻擋層(見參考文獻3)。通過對復(fù)合薄膜作表面保護，在上下層加入阻水阻氧能力較好的薄膜，從而阻隔水和氧的侵入，減少對量子點表面的破壞。雖然一定程度上能隔絕水氧，然而并不能阻止量子點的外表面和載體不兼容而造成的配體耗損和團聚效應(yīng)，從而影響發(fā)光器件的穩(wěn)定性和可靠性。
[0008]對于量子點和硅膠直接復(fù)合的方法而言，量子點外層的膠質(zhì)配體和硅膠不相容。尤其是某些表面配體中含有硫(S)元素的時候，會和硅膠中的鉑(Pt)催化劑作用，從而會影響硅膠的固化，導(dǎo)致其無法固化。使用非固化硅膠，則往往由于表面配體和硅膠的兼容性問題，出現(xiàn)團簇。
[0009]對于量子點聚合物復(fù)合材料，在量子點分散液中聚合得到量子點聚合物材料其熒光特性往往受到其引發(fā)劑、聚合物活性位點等的影響，或者受到高分子化學(xué)分子聚合反應(yīng)的影響帶來熒光衰退或者猝滅。對于溶劑直接溶解高分子聚合物，然后分散量子點，通過揮發(fā)溶劑得到的物理共混的量子點復(fù)合材料而言，同樣由于量子點、聚合物兼容性問題，引起量子點團簇。另一方面，水分子氧氣等小分子滲透往往也會和量子點相互作用，侵蝕量子點表面，產(chǎn)生發(fā)光缺陷帶來熒光效率衰退。
[0010]量子點表面直接處理，如生長二氧化硅、表面氨基化修飾等。該方法目前存在的主要問題是由于表面配體的置換造成了量子點明顯的熒光猝滅效應(yīng)(見參考文獻4)。因此，要在器件中使用高發(fā)光效率和高穩(wěn)定性的量子點，必須解決以下幾個問題。1.量子點在自身表面處理或者和其他材料復(fù)合的時候，不能破壞其自身的發(fā)光效率；2.量子點的載體環(huán)境應(yīng)該和量子點表面相兼容，一方面阻止量子點自身團聚，另一方面防止配體的脫落；3.設(shè)置阻擋層，阻止小分子如水汽和氧氣對量子點表面的侵蝕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明為了解決以上提出的技術(shù)問題，特別提供一種熒光量子點微納米級封裝的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。熒光量子點通過非化學(xué)手段(加熱腫脹)進入介孔顆粒材料，在非極性溶劑環(huán)境下，該方法沒有破壞膠質(zhì)量子點的表面結(jié)構(gòu)，保持了量子點的熒光效率；反復(fù)進行加熱腫脹和溶液揮發(fā)的方法，可以使得更多量子點完全進入介孔顆粒材料，得到微納米級的熒光顆粒。介孔顆粒材料能夠很大層度上防止熒光量子點的團聚。在熒光微顆粒表面生長阻擋層，阻止了水氧等小分子的侵蝕，同時提高了復(fù)合的熒光顆粒的相容性和穩(wěn)定性。
[0012]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種熒光量子點微納米級封裝的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括熒光量子點、具有納米柵格結(jié)構(gòu)的介孔顆粒材料和阻擋層，其中熒光量子點分布在介孔顆粒材料中，阻擋層包覆在介孔顆粒材料的外表面。
[0013]本發(fā)明所述的熒光量子點尺寸為2nm _20nm熒光納米晶體及其表面配體。
[0014]本發(fā)明所述的介孔顆粒材料粒徑范圍為0.05-500 μπι。
[0015]本發(fā)明所述的介孔顆粒材料的介孔孔徑在2nm-50nm之間。
[0016]本發(fā)明所述的介孔顆粒材料的材質(zhì)為介孔二氧化硅材料、介孔二氧化鈦材料、分子篩、金屬有機骨架化合物中的任意一種。
[0017]本發(fā)明所述的阻擋層為二氧化硅介質(zhì)層、二氧化鈦介質(zhì)層、聚合物介質(zhì)層中的任意一種。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:熒光量子點通過非化學(xué)手段(加熱腫脹和溶劑揮發(fā))進入介孔顆粒材料，在非極性溶劑環(huán)境下，不會破壞膠質(zhì)熒光量子點的表面結(jié)構(gòu)，保持了熒光量子點的熒光效率；該結(jié)構(gòu)能有效的減緩量子點的團聚，表面包覆的阻擋層，阻止了水氧小分子的侵蝕，同時提高了復(fù)合的熒光顆粒的相容性和穩(wěn)定性。
[0019]具體效果及特點如下:
1、由于沒有破壞熒光量子點的表面基團，量子點的熒光效率可以很好的保留下來，使得到的熒光顆粒具有較高的熒光效率。
[0020]2、由于介孔顆粒材料的納米柵格作用，減少了熒光量子點之間團簇帶來的猝滅效應(yīng)；同時，由于介孔限域的原因，大大減少了與空氣中水氧的直接接觸。經(jīng)過阻擋層保護的熒光顆?？赏耆韪敉饨缈諝庵械乃?。大大提高了熒光量子點微納米級封裝的復(fù)合材料的使用壽命。
[0021]3、由于微納米級封裝，使得熒光量子點具有更好的直接應(yīng)用價值?？梢詥为毷褂?，亦可用于和其他材料混合使用。實現(xiàn)使用形式多樣性。
【附圖說明】
[0022]圖1為經(jīng)過制備方法步驟二后的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)效果示意圖；
圖2為經(jīng)過制備方法步驟三后的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)效果示意圖；
圖3為經(jīng)過制備方法步驟四后的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)效果示意圖；
圖4為經(jīng)過制備方法步驟五后的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)最終效果示意圖；
圖5為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)3D最終效果局部切面示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明
參照圖4和圖5，一種熒光量子點微納米級封裝的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括熒光量子點1、具有納米柵格結(jié)構(gòu)的介孔顆粒材料2和阻擋層3，其中熒光量子點I分布在介孔顆粒材料2中，阻擋層3包覆在介孔顆粒材料2的外表面。
[0024]熒光量子點I尺寸為2nm -20nm。介孔顆粒材料2的適用性不受外部形貌的影響，可以為球形、立方形或非規(guī)則形貌。
[0025]介孔顆粒材料2粒徑范圍為0.05-500 μ m。介孔顆粒材料2的介孔孔徑在2納米(nm)-50納米(nm)之間。介孔顆粒材料2的材質(zhì)為介孔二氧化娃材料、介孔二氧化鈦材料、分子篩、金屬有機骨架化合物中的任意一種。阻擋層3為二氧化硅介質(zhì)層、二氧化鈦介質(zhì)層、聚合物介質(zhì)層中的任意一種。
[0026]熒光量子點微納米級封裝的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制備方法的一個實施例有如下步