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《中国科学院研究生院(理化技术研究所)》 2007年
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LED封装用透明环氧纳米复合材料的制备及性能研究

李元庆  
【摘要】: 半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一,发光二极管(LED)作为新型高效固体光源,具有长寿命、节能、绿色环保等显著优点,其经济和社会意义巨大。目前普通LED封装用材料主要是双酚A型透明环氧树脂,但随着白光LED的发展,尤其是基于紫外光的白光LED的发展,环氧树脂老化严重,阻碍了LED的实际应用。本论文以聚合物基纳米复合材料这一学科前沿为研究方向,以提高LED封装用环氧树脂的老化寿命为目的,分两个阶段对LED封装用环氧树脂进行了改性研究。第一阶段,以提高普通LED封装用透明环氧树脂的光稳定性为目的,利用氧化锌、二氧化钛等无机纳米光稳定剂,并配合有机光稳定剂对环氧树脂进行了改性研究。第二阶段,以避免传统荧光粉光散射而引起LED的老化为目的,首次创造性地探索研究了氧化锌量子点、氧化锌量子点/二氧化硅复合粒子与环氧树脂基体复合制得的透明纳米复合材料作为新型封装材料的可行性,这一新型封装材料的成功应用使得LED中不需要使用传统荧光粉,量子点取代了传统LED封装用荧光粉的作用。主要研究结果分为如下六个部分: (1)采用均相沉淀法制备了具有不同粒径的ZnO纳米颗粒,在此基础上制备了ZnO/环氧纳米复合材料。当ZnO的粒径为27nm时,添加0.07wt%的氧化锌所制备的氧化锌/环氧纳米复合材料具有优异的光学性能:在保持可见光区高透明性的同时又对紫外光区有良好的屏蔽效果。 (2)以Ti(SO4)2做初始原料,乙酰丙酮做络合剂,合成了一种新型的二氧化钛前驱体,分子式为TiSO4(AcAc)2-n(OH)n·mH2O (n2和m2),此前驱体为固体,水解速度慢,可在空气中长期存放。600 oC下煅烧此二氧化钛前驱体,可得粒径约为20 nm的二氧化钛粒子,在此基础上制备了二氧化钛/环氧纳米复合材料,二氧化钛对紫外线和可见光均有良好的屏蔽作用。 (3)选择二氧化硅和二氧化钛两组分制备了具有核-壳结构的复合纳米粒子(S-T),通过调节S-T中核-壳两组分的比例达到了控制其折射率的目的,并制备了S-T/环氧纳米复合材料,当S-T的含量为1 wt%时,复合材料在800 nm的透光率可以达到87%,同时对紫外线有良好的屏蔽效果。 (4)选择ZnO、S-T和S-T-S三种无机紫外屏蔽剂,配合常见的邻羟基二苯甲酮类、苯并三唑类紫外吸剂和受阻胺三种有机光稳定剂,对LED封装用透明环氧树脂EP-400进行了改性。研究发现,所选各种光稳定剂对环氧树脂均有抗紫外老化作用,其中氧化锌的抗紫外老化能力最强,采用0.07 wt%ZnO增强的ZnO/环氧纳米复合材料封装的LED比用EP-400封装的LED寿命提高76%。受阻胺类光稳定剂与紫外吸收剂共同使用时具有协同效应,最佳改性环氧树脂封装的LED比未经改性环氧封装的LED的寿命提高了170%。 (5)借鉴Spanhel方法,通过改进工艺制备了粒径为3 nm左右的氧化锌量子点(ZnO-QD),然后通过原位聚合法制备了ZnO-QD/环氧纳米复合材料。ZnO-QD/环氧纳米复合材料在可见光区具有良好的透光率,ZnO-QD含量的增加对复合材料透光率影响不大;环氧复合材料在450 nm附件有一个宽的荧光峰,荧光峰的发射强度随ZnO-QD含量的增加而增大。 (6)利用乙酸锌和氢氧化锂反应制备了ZnO-QD,通过水解TEOS制备了ZnO-QD/Silica(Z-S)复合颗粒。高温处理对Z-S复合颗粒的光学性能影响较大,300 oC处理后的Z-S复合颗粒的荧光峰最强;同时高温处理后Z-S复合颗粒出现了磷光现象,500oC时磷光峰最强,寿命长达2秒。控制ZnO与二氧化硅的比例可以达到调节Z-S折射率的目的,当ZnO的重量为二氧化硅的37 wt%时,Z-S与环氧基体的折射率相近,制备了具有最佳透光性能的Z-S/环氧复合材料。Z-S/环氧复合材料的磷光谱图与Z-S相似,发现磷光寿命长达4秒钟。利用Z-S/环氧复合材料对UV-LED芯片进行了封装,所得LED可发出浅绿色且泛白的光线。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(理化技术研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李鑫;层状镁铝氢氧化物的设计合成与阻燃性研究[D];大连理工大学;2010年
2 赵明;双螺杆反应挤出纺丝级PA6/蒙脱土纳米复合材料的研究[D];东华大学;2005年
3 刘梅;金属(金属氧化物)/氧化铝纳米复合材料的制备、结构及性能研究[D];吉林大学;2006年
4 倪勇;含苯基多面齐聚倍半硅氧烷的高分子的结构与性能研究[D];上海交通大学;2007年
5 董正平;喹啉修饰SBA-15介孔分子筛纳米复合材料的制备及其作为荧光纳米探针的性能研究[D];兰州大学;2011年
6 徐平;导电聚合物及其纳米复合材料的制备和性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 左胜武;聚乙烯基石墨纳米复合材料的制备、结构和导电行为及机理研究[D];四川大学;2004年
8 孔庆红;聚合物/铁蒙脱土纳米复合材料的制备及阻燃机理研究[D];中国科学技术大学;2006年
9 邱龙臻;聚合物基层状双氢氧化物和氢氧化镁纳米复合材料的研究[D];中国科学技术大学;2006年
10 丁鹏;聚烯烃/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 戴绍明;聚合物乳液/MMT共混物涂层:结构的形成与涂层性能[D];浙江大学;2005年
2 向丽;线性低密度聚乙烯无卤阻燃体系及其协效作用的研究[D];华南理工大学;2010年
3 王慧;ZnO/Ag纳米复合材料的金属、非金属掺杂及其光催化性能研究[D];青岛科技大学;2010年
4 王璞玉;基于纳米复合材料的低能耗热流控制模块研究[D];浙江大学;2011年
5 李涛海;钛酸盐系列层状纳米光催化复合材料的合成及性质[D];华侨大学;2004年
6 李永波;铁氧体/聚吡咯和镍/硫化锌磁性复合材料的制备与表征[D];中南大学;2010年
7 李伟;壳聚糖基纳米复合材料的制备及性能研究[D];青岛科技大学;2010年
8 何浩礼;聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料流变力学性能研究[D];湘潭大学;2010年
9 张燕玲;碳纳米材料及其磁功能化组装的研究[D];东华大学;2011年
10 臧杨;聚苯胺—铁氰化镍纳米复合材料的可控制备与电化学性能[D];太原理工大学;2010年
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