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量子点荧光微球的合成及其应用

导读: 在半导体照明领域,在高显色性(Ra>90)同时获得高光效,并且获得像自然光一样自然、舒适的照明效果是LED业界一直追求的目标,也是LED照明产品能否被消费者广泛接收、LED节能工程能否顺利推广的关键因素之一。

一、引言

半导体照明是一种基于大功率高亮度发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的新型照明技术。相比传统照明光源,白光发光二极管(WLED)具有耗电量少、发光效率高、可靠性高、安全环保、寿命长等特点。在当今环境污染日益严重,气候变暖和能源日益紧张的背景下,半导体照明技术已经被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。

在半导体照明领域,在高显色性(Ra>90)同时获得高光效,并且获得像自然光一样自然、舒适的照明效果是LED业界一直追求的目标,也是LED照明产品能否被消费者广泛接收、LED节能工程能否顺利推广的关键因素之一。目前现有的GaN基蓝光LED与YAG:Ce3+黄色荧光粉结合的方式可以获得较高的光效,但由于缺少红光波段,显色指数难以达到较高水平。增加红色荧光粉可以提高显指,但同时也会大大降低白光发光二极管光效,并且红色荧光粉在湿气下较不稳定,易造成色温漂移。如何实现高光效、高光色品质LED照明,又可以同时实现高流明效率与显色指数,成为下一代照明急需解决的问题之一。

量子点是指在空间三个维度上存在量子限域效应的半导体纳米晶材料,又被称作“人造原子”。量子点材料的粒径一般介于1-10 nm间,当半导体晶体的尺寸小于或接近激子波尔半径时,由于量子限域效应,材料中的连续能带结构变为分立能级结构,由此带来了发光光谱窄、色纯度高、色域广等优势,且通过厚壳层材料的包裹可以提高量子点的稳定性。

二、研究及结论

本项目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。合成的CdSe核直径大约5nm,半峰宽27nm,具有立方纤锌矿晶格结构,详见图1;CdSe/CdS核壳量子点直径约11nm,半峰宽33nm,具有CdS晶格结构的特征峰;合成的CdSe/CdS量子点荧光微球直径约为45-75 μm,半峰宽30nm,外观呈菱形规则形貌,且颗粒分散性良好,见图2。将该材料与YAG:Ce3+黄色荧光粉组合应用,获得了高光效(148.29lm/W),高显色指数(Ra=90.1,R9=97.0)的白光发光二级管,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的补偿效果。对产业化实现核壳量子点复合材料批量制备及WLED规模生产具有重要意义。

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