面向显示应用的梯度合金量子点高温荧光特性研究

量子点具有颜色可调、发光效率高、发光峰窄、可溶液加工性等特点,在液晶显示背光、太阳能电池、生物标记等领域具有广阔的应用前景。其中,量子点背光显示技术已经成为显示领域备受关注的前沿技术之一,可通过三种方式实现系统集成,分别为芯片集成(on-chip),侧边集成(on-edge)和薄膜集成(on-surface),其中,在蓝光芯片上面直接进行量子点封装的芯片集成方式,具有材料用量少、与现有技术兼容等优势,是工业化的优选路线。然而,由于蓝光芯片的工作节温可达150 ℃,量子点的高温稳定性是这一应用所面临的最大挑战。在众多量子点材料体系中,CdxZn1-xSeyS1-y@ZnS梯度合金量子点具有合成简单、高发光效率等优点,是工业界最受关注的材料体系之一。因此,研究梯度合金量子点在高温下荧光变化规律及机理,对提高量子点高温稳定性,推进其应用进程具有重要指导意义。

基于以上研究背景,北京理工大学钟海政课题组研究了CdxZn1-xSeyS1-y@ZnS梯度合金量子点在300 K-500 K之间的高温荧光性能,结果表明量子点随着温度升高,荧光强度下降,同时发光峰位置发生红移。真空条件下的升温-降温循环测试表明,合金量子点材料在300 K、400 K和500 K温度下的荧光强度和荧光平均寿命基本保持一直,说明真空条件下CdxZn1-xSeyS1-y@ZnS梯度合金量子点高温猝灭仅主要来源于物理变化。基于上述结果和文献,提出了梯度合金核壳量子点高温荧光猝灭符合热激活机制,并以此为指导,对合金量子点的组分和结构进行了优化,优化后的合金量子点材料高温荧光特性大幅提升,在500 K下荧光强度可保持室温下的85.1%,这是目前已报道的量子点高温荧光特性的最优结果。上述结果对量子点材料的设计和LED器件应用具有重要的指导意义。

相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201801687)上,第一作者为在读博士生汤加伦。在此前的研究中,她还利用透射电子显微镜研究了CdxZn1-xSeyS1-y@ZnS梯度合金量子点在电子束辐照下的形貌演变,阐明了形貌变化和量子点内应变之间的联系,相关论文发表在The Journal of Physical Chemistry C (DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b12375)。