近红外量子点的发光机理研究

近红外量子点具有独特的光学性质,如荧光量子产率高,荧光寿命长,荧光发射波长可调,半峰宽窄且斯托克斯位移较大,耐光漂白能力强等, 及“近红外生物窗口”的优势,使它们在生物荧光标记、太阳能电池、量子化计算、光催化、化学分析、食品检测及活体成像等领域具有巨大的潜在应用价值。目前对近红外量子点的发光机理研究还不够完善,针对国内外的研究现状,重点对核/壳结构的量子点(CdTe/CdSe,CdSe/CdTe/ZnSe等)、三元量子点(Cu-In-Se,CuInS₂等)和掺杂型量子点(Cu∶InP等)三种不同类型近红外量子点的发光机理进行了综述。其中,Type-Ⅱ型核/壳结构量子点的发光机理多为带间复合发光,三元量子点以本征缺陷型发光为主,掺杂型量子点多为杂质缺陷型发光。探讨了近红外量子点发光原理存在的问题及发展的方向。对近红外量子点的发光机理进行系统地研究不仅有助于我们理解近红外量子点的发光性质,而且对完善相似高品质量子点的合成方法具有重要意义。     

基于量子点-CBP混合层的量子点LED的制备

采用一锅法制备出高质量的具有核壳结构的Cd Se@Zn S、Cd Zn S/Zn S量子点。将量子点混入空穴传输材料CBP中形成复合的有源材料,经过几步简单的旋涂操作,制备出相应的绿光、蓝光量子点LED器件。这种方法利用了油溶性量子点和CBP材料的相容性,减少了旋涂操作的步骤,有利于快速制备基于量子点的电致发光器件。基于两步旋涂操作制备的量子点LED,由于阴极与复合有源层之间的能级差较大,导致需要较高的开启电压。在CBP材料中,注入的载流子有可能会被量子点表面缺陷捕获,形成表面态的发光。表面态发光的相对强度依赖于载流子浓度。     

基于CuInS2/ZnS核壳结构量子点的高光效暖白光LED

采用逐步热注射法合成了用于白光LED的CuInS₂/ZnS(CIS/ZnS)核壳结构量子点.通过调整Cu/In的比率, 在CuInS₂(CIS)量子点的基础上, 合成了发射波长在570~650 nm之间可调的CIS/ZnS量子点.与CIS量子点的低量子产率相比, 具有核壳结构的CIS/ZnS量子点的量子产率达到了78%.通过在黄光荧光粉YAG :Ce³⁺表面旋涂CIS/ZnS量子点的方式制备了暖白光LED器件.在工作电流为10 mA时, 暖白光LED的发光效率达到了244.58 lm/W.由于CIS/ZnS量子点的加入, 所制备的白光LED器件的显色指数达到86.7且发光颜色向暖色调发生了转移, 相应的色坐标为(0.340 6, 0.369 0).     

聚合物/碳量子点复合EL器件及光谱移动机理

制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/polyvinylcarbazole(PVK)/carbon quantum dots(CDs)/LiF/Al的电致发光器件。器件的发光光谱显示:在电压从7 V增大到13 V的过程中,光谱峰值从380 nm移动到520 nm,色坐标由(0.20,0.20)移动到(0.29,0.35)。经与PL光谱对比认为,EL光谱包含了PVK与碳量子点的双重贡献,随着电压的增大,碳量子点的发射逐渐增强,PVK发光先增强后减弱。结合器件能级结构讨论了器件的发光机制,认为低电场下的PVK兼具发光层和电子阻挡层的功能,EL光谱为PVK层和碳量子点的发光叠加;随着电场强度的增大,碳量子点和PVK界面区的空间电荷阻止了电子向PVK的传输,光谱转变为由碳量子点和激基复合物的共同贡献。     

ZnO作为电子传输层的绿光胶体CdSe量子点LED(QD-LED)的制备与表征

通过调节作为发光层的量子点的尺寸,可以制作出覆盖可见光(380～780 nm)以及近红外光谱的量子点LED(QD-LED),其光谱范围很窄且半高宽可达30 nm。然而量子点LED的寿命、亮度以及效率需要进一步提高才能满足商业化的需求。为了研究QD-LED器件的特性,本文采用523 nm波长的CdSe/ZnS核壳型量子点为发光层、poly-TPD为空穴传输层、ZnO为电子传输层,制备了绿光量子点LED,并表征了器件的特性。     

ZnSe量子点敏化纳米TiO_2薄膜光电子特性研究

利用改进的直接吸附法制备核-壳ZnSe量子点敏化介孔掺镧nano-TiO_2复合薄膜.通过瞬态光伏和稳态表面光伏技术以及相应的检测手段,探测复合薄膜的微结构、光电子特性以及光生载流子在异质结薄膜中的传输机制.研究证实,包覆在Zn Se量子点外层的配体L-Cys主要通过其羧基与介孔nano-TiO_2表面未饱和的Ti原子键合,并完成量子点敏化复合薄膜的制备,由此实现对量子点在薄膜上沉积量的有效控制.实验结果表明:ZnSe量子点敏化nano-TiO_2薄膜的表面光伏响应出现在300—800 nm(紫外-可见-近红外)波长范围内,敏化后nano-TiO_2薄膜的光学带隙远小于敏化前薄膜以及ZnSe量子点的光学带隙;与具有p-型光伏特性的ZnSe量子点不同,敏化后薄膜显示出明显的n-型光伏特性,这将有利于光生电子由薄膜的外表面向光阳极基底方向迁移和注入;敏化后薄膜中光生载流子寿命、电子-空穴对分离速度和扩散长度的提高导致了瞬态光伏响应强度的增加和响应范围的扩大.     

壳层相关的CdSe核/壳量子点发光的热稳定性

测量了CdSe/ZnS(3 ML)核/壳结构及CdSe/CdS(3 ML)/ZnCdS(1 ML)/ZnS(2 ML)核/多壳层结构量子点在80~460 K范围内的光致发光光谱,研究了壳层结构对CdSe量子点发光热稳定性的影响。详细地分析了CdSe量子点的发光峰位能量、线宽和积分强度与温度之间的关系,发现CdSe量子点的发光热稳定性依赖于壳层结构。CdS/ZnCdS/ZnS多壳层结构包覆CdSe量子点在低温和高温部分的热激活能均大于ZnS壳层包覆的CdSe量子点,具有更好的发光热稳定性。此外,在300-460-300 K加热-冷却循环实验中,CdS/ZnCdS/ZnS多壳层结构包覆CdSe量子点的发光强度永久性损失更少,热抵御能力更强。     

Mn掺杂ZnSe量子点变温发光性质研究

量子点(QD)照明器件中电流导致的焦耳热会使其工作温度高于室温,因此研究量子点的发光热稳定性十分重要。本文利用稳态光谱和时间分辨光谱研究了具有不同壳层厚度的Mn掺杂ZnSe(Mn: ZnSe)量子点的变温发光性质,温度范围是80～500 K。实验结果表明,厚壳层(6.5单层(MLs))Mn: ZnSe量子点的发光热稳定性要优于薄壳层(2.6 MLs)的量子点。从80 K升温到400 K的过程中,厚壳层Mn: ZnSe量子点的发光几乎没有发生热猝灭,发光量子效率在400 K高温下依然可以达到60%。通过对比Mn: ZnSe量子点的变温发光强度与荧光寿命,对Mn: ZnSe量子点发光热猝灭机制进行了讨论。最后,为了研究Mn: ZnSe量子点的发光热猝灭是否为本征猝灭,对具有不同壳层厚度的Mn: ZnSe量子点进行了加热-冷却循环(300-500-300 K)测试,发现厚壳层的Mn: ZnSe量子点的发光在循环中基本可逆。因此,Mn: ZnSe量子点可以适用于照明器件,即使器件中会出现不可避免的较强热效应。     

喷墨打印量子点墨水调控EI北大核心CSCD

设计了环己基苯与十八烯的双溶剂量子点墨水体系,研究了具有CdSe@ZnS/ZnS核/壳结构的绿光量子点(QDs)成膜规律及其发光特性。设计的高沸点、低表面张力的十八烯和低沸点、高表面张力的环己基苯所组成的双溶剂墨水体系增强了马兰戈尼流,减弱了量子点在像素坑边缘的沉积,实现了在像素坑中制备表面平整的量子点薄膜。研制的分辨率为240 PPI的倒置结构顶发射绿光量子点阵列发光器件启亮电压2.7 V,最高亮度132 510 cd/m^(2),最大外量子效率14.0%,为采用喷墨打印工艺制备高性能量子点电致发光点阵器件提供了借鉴。     

ZnS/CdS/ZnS量子点量子阱的荧光衰减

采用反胶束方法制备了ZnS/CdS/ZnS量子点量子阱，并对其光谱性质进行了研究。结果表明所制得的量子点量子阱尺寸分布均匀，平均粒径为4.5nm，发光峰位于515nm左右，归属于CdS体内的施主－受主对复合。ZnS/CdS/ZnS量子点量子阱中CdS的发光比核－壳结构的ZnS/CdS量子点增强了近四倍，荧光寿命也有所增长。     

核壳结构硒化镉/硫化镉/巯基乙酸量子点载流子输运特性

采用水溶液法合成了巯基乙酸(TGA) 包覆的CdSe 量子点. 通过X 射线粉末衍射和高分辨透射显微镜检测结果证实, 合成得到闪锌矿结构CdSe 量子点. 能谱图和傅里叶变换红外光谱图结果说明, 在核CdSe 纳米粒子表面与配体TGA 之间有CdS 壳层结构形成. 利用样品表面光电压(SPV) 谱, 指认CdSe 量子点精细能带结构以及各自对应的激发态特征: 475 nm (2.61 eV) 和400 nm (3.1 eV) 两个波长处的SPV 响应峰分别与CdSe 核和CdS 壳层带-带隙跃迁相对应; 370 nm (3.35 eV) 附近SPV 响应峰可能与TGA 中羰基与巯基或羧基之间发生的n →π^* 跃迁有关. 场诱导表面光电压谱结果证实, 合成的CdSe 量子点具有明显的N 型表面光伏特性, 而上述n→π^* 跃迁则具有P 型表面光伏特性. 荧光光谱谱线均匀增宽以及SPV 响应峰位蓝移, 说明样品具有明显的量子尺寸效应. 结合不同pH 值下合成的CdSe 量子点的SPV 谱和表面光声谱发现, SPV 响应强度与表面光声光谱信号强度变化趋势恰好相反. 上述样品表面光伏效应表明, CdSe 量子点表面和相界面处的精细电子结构以及光生载流子的输运特性均与量子点的尺寸大小存在某种内在联系. 关键词： 硒化镉量子点 光生载流子 表面光电压谱 表面光声光谱     

ZnO/ZnS核-壳量子点的双光子吸收效应

利用飞秒激光Z-扫描与泵浦-探测技术,研究了室温下ZnO/ZnS与ZnO/ZnS/Ag核-壳胶体量子点的双光子吸收效应.研究发现:ZnO基核-壳量子点的本征双光子吸收系数比ZnO体材料增大了3个数量级;测量得到的660 nm处的ZnO/ZnS核-壳量子点双光子吸收截面约为4.3×10^-44 cm⁴·s·photon^-1,比相应的ZnS、ZnSe及 CdS量子点大2个数量级;当ZnO/ZnS核-壳量子点镶嵌了银纳米点时,非线性吸收有所增强.ZnO基复合纳米结构的双光子吸收增强可归因于量子限域与局域场效应.     

电子传输层厚度及阻塞层对量子点发光二极管性能的影响

针对量子点发光二极管(QLED)中载流子注入不平衡的问题,对空穴和电子在量子点层的注入速率进行了研究。制备了不同电子传输层厚度、结构为ITO/PEDOT∶PSS/Poly-TPD/QDs/Alq3/Al的QLED样品。Alq_3厚度由25 nm逐步递增至45 nm时,器件的开启电压升高,器件均发出量子点的红光。当Alq_3厚度为30nm时,器件的电流效率最高。此时,空穴和电子在量子点层的注入速率达到相对平衡。为进一步研究器件的发光特性,在QDs和Alq_3接触界面嵌入电子阻塞层TPD。研究发现,当TPD的厚度为1 nm时,器件发出红光;当TPD厚度为3 nm和5 nm时,器件开始出现绿光。实验结果表明,在选取电子阻塞层时,应选择LUMO较低的材料且阻塞层的厚度必须很薄。     

CdSe/CdS核壳量子点复合材料合成及其在白光发光二极管中的应用

采用有机化学合成法,利用正三辛基膦(TOP)辅助的快速注入生长方法,改进传统的制备工艺,实现了CdSe/CdS厚壳层核壳(8.6 ML)量子点复合材料的合成制备,并对所合成的核、核壳量子点及其复合材料的晶格结构、形貌特点与发光性质进行了XRD、TEM、SEM、UV-Vis、PL表征和红光补偿效果测试。测试结果表明,CdSe核具有立方纤锌矿晶格结构;CdSe/CdS量子点复合材料直径为45~75μm,呈菱形规则形貌,且颗粒分散性良好。采用该方法,可以提高量子产率,产率由4%(CdSe核)升至48%(CdSe/CdS核壳量子点);可以增强激子态发光能力,CdSe/CdS核壳量子点复合材料的荧光强度约为CdSe核的13倍。将该材料与YAG∶Ce~(3+)黄色荧光粉组合应用,获得了高光效(148.29 lm/W)、高显色指数(Ra为90.1,R9为97.0)的白光发光二级管,表明按照上述方法获得的CdSe/CdS核壳量子点复合材料在白光发光二极管中深红光波段具有较好的补偿效果。     

脂溶性CdSe/ZnS量子点脂质体复合物的制备及表征

在油相中成功合成了脂溶性CdSe/ZnS核壳量子点纳米粒,粒径平均为4.5 nm,量子产率达29%,发射波长为540 nm。通过薄膜分散法,以蛋黄卵磷脂、胆固醇为膜材,将脂溶性的CdSe/ZnS核壳量子点包覆于脂质体磷脂双分子层中,由于磷脂分子的两亲性,使得脂溶性的CdSe/ZnS核壳量子点同时又具有亲水性。通过透射电镜对脂质体形态进行了表征,倒置荧光显微镜证实了发光CdSe/ZnS核壳量子点成功包埋于脂质体双分子层中,包裹的发光CdSe/ZnS核壳量子点具有更稳定的发光及抗光漂白性质。     

ZnO@GQDs核壳结构量子点的制备及性能研究

采用原位聚合法制备了以ZnO量子点为核、石墨烯量子点(GQDs)为壳的ZnO@GQDs核壳结构量子点。通过TEM和HR-TEM对量子点进行形貌和结构的分析表征。结果表明,合成的ZnO@GQDs核壳结构量子点为球形,粒径为~7 nm,且尺寸均匀。PL光谱研究表明,新型量子点的发射峰位于369 nm,发光峰窄、强度高;相对于ZnO的本征发射峰,GQDs的引入使得ZnO@GQDs核壳量子点的荧光发射峰出现蓝移、强度变高,从而使复合量子点的荧光具有较纯的色度和较高的强度,说明GQDs的引入具有协同优化效应。该量子点有望应用于LED显示器件。     

量子点液晶显示背光技术

量子点材料兼具极高的色纯度、发光颜色可调以及的荧光量子产率高等特点,已成为显示领域中的明星材料,在提升显示器件的色域方面具有巨大潜力。基于量子点材料的液晶显示背光技术是目前量子点材料在显示器件中的主流应用方向,引起了学术界和工业界的广泛关注。本文将综述量子点液晶显示背光技术的研究进展,主要包括量子点材料的选择、背光结构的应用以及材料复合与封装技术的发展现状,重点介绍了目前产业界广泛关注的量子点光学膜技术,特别是国内自主知识产权的低成本钙钛矿量子点光学膜技术,由于其具备广色域(124%NTSC)、易加工、低成本等特点,已成为具有成长潜力的技术路线。     

PbTe/CdTe量子点的光学增益

PbTe/CdTe量子点是一类新型异系低维结构材料,实验发现具有强的室温中红外光致发光现象.为研究这一材料体系的发光特性,建立了理论模型,计算了PbTe/CdTe量子点的光学跃迁和增益.模型基于k·p包络波函数方法并考虑了PbTe能带结构的各向异性.分析了量子点光学增益与量子点尺寸、注入载流子浓度的关系.结果表明,当注入载流子浓度在(0.3—3)×10¹⁸cm^-3范围时,尺寸为15—20nm的量子点可以产生 关键词： PbTe/CdTe量子点 光学增益 铅盐矿半导体     

GaN基LED量子阱内量子点发光性质的模拟分析

采用模拟计算的方法,运用量子点模型对GaN基LED器件中不同尺寸量子点的电致发光光谱进行模拟分析,并对器件结构中电子空穴浓度,辐射复合强度进行了研究．分析结果显示,随着量子点尺寸的增大,量子点发光波长存在红移,当圆柱状量子点半径从1．8nm增长到13nm时,波长红移309．6meV,在量子阱中生长单一尺寸的量子点可以达到不同波长的单色发光器件,而在不同量子阱中生长不同尺寸的量子点可以实现多波长发光,以及单颗LED的白色显示,并通过调节量子点的分布密度达到调节各发光波长强度的目的．结果表明,量子点分布密度调节之后多波长发光均匀性得到有效改善．     

组分对Cu-Zn-In-S/ZnS核壳量子点发光性能的影响

利用热注射法通过调控Cu/Zn比例制备了不同组分的Cu-Zn-In-S/ZnS核壳量子点,通过紫外-可见吸收光谱以及稳态和时间分辨光谱分析Cu/Zn比例对量子点发光性能的影响.结果表明,不同组分Cu-Zn-In-S/ZnS核壳量子点呈现闪锌矿结构且晶粒尺寸接近;随着Cu/Zn比例的减小,Cu-Zn-In-S/ZnS核壳量子点的带隙变宽,导致吸收光谱发生蓝移;当Cu/Zn比例从6/1减小到1/6时,量子点的发光峰位从640nm蓝移529nm.由于Zn2+替代Cu+能够减少Cu原子缺陷的形成,从而提高了量子点的荧光效率;当Cu/Zn=1/6时,样品中观测到Cu+离子发光和较长的荧光寿命.