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基于聚合物分散液晶的量子点薄膜的制备及性能研究

张帅峰  
【摘要】:作为显示器件的下转换材料,量子点(QDs)通常被封装于聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等透明的高分子基体中制备量子点薄膜。然而,薄膜自身的光波导结构和高透过率极大地降低了发射光的输出效率和入射光或激发光的利用率。液晶/聚合物复合薄膜的散射态可使通过薄膜的入射光发生多重散射作用,已被证实可有效地实现量子点的荧光增强和调控。另外,基于液晶/聚合物体系的量子点薄膜具备制备工艺简单、低成本和可大面积工业化生产的优势。为了突破基于液晶/聚合物体系的量子点薄膜需依附于基板和有限的量子点封装性能的限制并拓宽其应用,一种基于可聚合液晶/聚合物体系的全聚合量子点薄膜被相继开发,该全聚合量子点薄膜具备自支撑、量子点荧光增强和优良的封装性能。本文系统地考察了可聚合液晶单体的分子设计、合成、表征和模拟、基于液晶/聚合物体系的基板辅助的荧光增强和调控量子点薄膜的制备及性能研究、基于可聚合液晶/聚合物体系的自支撑的量子点荧光增强和封装全聚合量子点薄膜的制备及性能研究。主要研究内容及结论如下:(1)设计并合成了端基带有羟基、丙烯酸酯和乙烯基醚三个氰基联苯同系物,对应为nOCB-OH、nOCB-AE和nOCB-VE(n=2-12),并对其进行结构确认、液晶性能表征、奇偶效应和基于B3LYP/6-31G*理论水平的分子模拟研究。特别地,环保、高效的[Ir(cod)Cl]2催化剂的使用为端基带有乙烯基醚氰基联苯合成的优化提供了新思路。研究发现,羟基、丙烯酸酯或乙烯基醚基团的引入,使得近晶相(SmA)失稳而不存在,同系物nOCB-OH和nOCB-VE大部分化合物存在向列相,而同系物nOCB-AE大部分化合物为晶体。(2)为了更好地评估基于液晶/聚合物体系量子点薄膜的量子点荧光增强和调控,将具有强散射的TiO2纳米粒子引入基于高分子/TiO2、液晶/高分子、液晶/高分子/TiO2三个体系的量子点薄膜进行比较研究,并系统考察了TiO2纳米粒子的粒径、含量和修饰对量子点薄膜的形貌、电光性能、荧光性能、力学性能的影响。研究发现,150 nm粒径、0.1 wt%的负载量可实现液晶/高分子/TiO2体系量子点薄膜同常规的透明丙烯酸酯高分子量子点薄膜相比6倍的荧光增强。(3)为了系统地考察基于可聚合液晶/聚合物体系的全聚合量子点薄膜的量子点荧光增强和封装性能,本文采用(含氟)丙烯酸酯单体的自由基聚合和乙烯基醚液晶的阳离子聚合的分步聚合相继制备基于聚合物分散乙烯基醚液晶(PDVLC)、聚合物分散交联乙烯基醚液晶(PDCVLC)和含氟聚合物分散交联乙烯基醚液晶(F-PDCVLC)的量子点薄膜。研究发现,F-PDCVLC量子点薄膜可实现同常规的丙烯酸酯高分子量子点薄膜相比5倍的荧光增强并兼具优良的量子点封装性能。


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