InP/ZnS量子点的可控制备及其光学性能研究

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随着显示技术的发展,Micro-LED显示技术因为具有更高亮度、色彩还原度、响应速度快等优点,而被认为是下一代的显示技术。胶体InP量子点本质上无毒,并且具有发射范围覆盖整个可见光区,从蓝光480nm到红光640nm,较好的稳定性、单色性好等优点。因为优异的发光性能和较低的毒性,可以满足Micro-LED尺寸、光学性能、商业化的需求,而被认为是最有潜力应用于Micro-LED的材料。但是InP量子点尺寸控制较难、合成过程复杂等问题阻碍了其发展应用。基于这些问题,本论文结合传统调节量子点尺寸的方法,选用反应活性更低、经济且稳定的三(二乙基氨基)膦作为膦源,提出了一种新颖的方法以控制InP/ZnS量子点尺寸大小,抑制其尺寸分布,得到了系列发光的量子点。并对其晶体结构、性能进行了研究。主要包括两部分工作内容:(1)通过热注入法制备了系列发光的InP/ZnS量子点,X射线衍射图谱、TEM图像显示得到的量子点具有闪锌矿结构,结晶性良好,无团聚现象。研究了铟前驱体种类、反应元素比例、壳层材料种类、厚度对量子点发光性能的影响,利用反应物膦可以抑制量子点尺寸分散、反应物锌可以提高量子点发光效率的原理,在P:In为3.6:1,Zn:In为5:1的条件下,获得了具有良好发光性能的InP/ZnS量子点。ZnS外壳的包覆成功钝化了InP表面的缺陷,荧光量子效率从小于1%(不发光)提高到约50%。研究了随着成核时间缩短,量子点发射波长蓝移,发射峰宽化的原因,认为是在扩散控制生长阶段没有够足长的时间使量子点的尺寸聚焦导致了发射峰的变宽。(2)利用具有三维规则孔结构的In-Y沸石表面作为量子点的成核位点,控制量子点的成核过程以达到抑制其尺寸分散的目的。研究了沸石作为量子点成核模板调控量子点尺寸大小及分布的原理,通过改变沸石用量,即调控成核位点数目可以控制InP/ZnS量子点的尺寸大小,同时由于不再需要缩短成核时间来获得短波长量子点,扩散控制的生长阶段量子点的生长时间增加,颗粒尺寸的自聚焦使得量子点半峰宽减小,获得的InP/ZnS量子点的发射范围为589nm-518nm。研究了量子点成核的两个阶段对量子点尺寸分布的影响,在扩散控制生长阶段,量子点尺寸随着时间推移变得均一,在奥斯瓦尔德熟化阶段,量子点尺寸随着时间推移变得分散。通过改变成核时间,获得了量子点合成的最佳成核时间,产物量子点的单色性得到了明显的提升,得到的InP/ZnS量子点最小半峰宽为48 nm,量子产率接近50%。最后使用蓝光芯片激发商用YAG黄粉、红色发射InP/ZnS量子点制备了色温为3240K,显色指数为86.3的暖白光LED。
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