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《青岛科技大学》 2019年
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掺杂型红光量子点的水相可控合成及其在LED中的应用

杨震  
【摘要】:作为第四代绿色光源,白光LED因具有节能环保、使用寿命长等优点备受欢迎。商业中实现白光发射的方法是采用蓝色LED芯片激发YAG黄色荧光粉来实现白光的发射,但是通过这种方式产生的白光色温较高,显色指数较低,需要添加红光荧光粉进行调节。商用LED的这个缺陷为我们的研究提供了空间。量子点作为一种新型纳米材料,相对于传统的荧光粉,量子点尺寸更小,发射波长可调,光热稳定性较好,因此也成为大家关注的LED发光材料。本文采用水相法成功制备了三种掺杂型红光量子点:CdTe:Gd~(3+)、ZnS:Mn~(2+)、CuZnInS/ZnS,并且对这三种量子点的形貌和结构、光学性质等相关发光性能进行了研究,进一步将其与商用蓝光芯片组合制备了高性能白光LED。第一章,介绍了量子点材料的基本物理化学性质、合成方法以及LED的研究现状及发展前景,为论文研究提供了相关依据。第二章,对样品制备和表征过程以及所涉及的相关仪器和化学试剂进行了简单的介绍。第三章,通过水相加热法制备了一系列发光可调的CdTe:Gd~(3+)量子点,并且对制备的样品进行了发光性能的研究。X射线衍射(XRD)结果显示Gd~(3+)离子的掺入对CdTe的结构没有产生很大影响,均为闪锌矿结构,并且由于Gd~(3+)的离子半径小于Cd的离子半径,引起晶格收缩,从而使CdTe的X射线衍射峰向大角度发生了移动,计算得到的颗粒大小为3 nm左右,与透射电镜(TEM)测试所得结果吻合。荧光发射光谱以及紫外可见吸收光谱表明,Gd~(3+)离子的掺入使CdTe的发射峰发生了较大的红移,通过绝对量子产率的测试,发现了CdTe:Gd~(3+)的量子产率比未掺杂的CdTe提高很多,达到了85%,通过沉淀离心干燥得到的量子点荧光粉,最大激发波长为460 nm,能够被近紫外LED芯片有效激发。另外,制作的白光LED器件的各项测试结果表明,CdTe:Gd~(3+)量子点在LED应用中具有很好的应用前景。第四章,通过沉淀法制备了一系列的红光荧光粉ZnS:Mn~(2+)。通过XRD、激发光谱以及发射光谱研究了ZnS:Mn~(2+)的晶体结构以及发光性能。所得的量子点中,Mn~(2+)在基质ZnS中的最适掺杂浓度为5 mol%,其激发峰为460 nm,与LED蓝光芯片发射波长相适应。透射电镜显示颗粒尺寸约为3.5 nm,与XRD计算数据相符,具有良好的单分散性。最后,将所制备红光量子点用于LED器件的制备。第五章介绍了水相加热法合成一系列发光可调的红光量子点CuZnInS/ZnS。在三元量子点CuInS的基础上,通过掺加不同比例的Zn离子,以达到增强荧光强度和调节发射波长的作用,并通过包覆ZnS外壳进一步增强其荧光强度和荧光稳定性。通过XRD、激发光谱、发射光谱、紫外可见吸收光谱以及TEM,研究了其晶体结构和发光性能。CuZnInS/ZnS量子点颗粒为球形,粒径约为3.5 nm,与XRD计算所得粒径一致。荧光光谱表明,通过Zn的掺杂以及ZnS外壳的包覆,极大地提高了量子点的荧光强度,当Cu/Zn摩尔比为1:1时,其荧光强度最高,荧光发射峰位于607 nm,其对应的最强激发峰为460 nm,与UV LED芯片的发射匹配良好。将上述量子点荧光粉用于白光LED器件的制备,很好的补充了商业LED中红光的缺失,显色指数较高,表明所制备的掺杂量子点具有一定的应用潜力。
【学位授予单位】:青岛科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN312.8;TB383.1

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