有机硅功能化碳点的制备及其在白光LED中的应用
本文关键词：有机硅功能化碳点的制备及其在白光LED中的应用
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【摘要】：固态第四代光源-LED是显示与照明技术的核心器件,具有节能环保、使用寿命长、经济效益高等诸多优势。目前,商用LED用光转换材料以稀土掺杂的无机荧光粉为主。荧光粉制备条件苛刻,且通常包含昂贵的稀土元素,这些稀土元素有限且会对环境造成危害,荧光粉颗粒不均一,会存在挡光、漏光问题。量子点作为一种光转换材料,通常包含重金属成分,也是不环保的,量子点还存在光闪烁与光漂白等问题,导致LED性能下降。另外,荧光粉、量子点与LED封装材料相容性差,容易造成团聚,影响器件的稳定性与光学性能。碳点作为一类新型碳纳米材料,由于其制备方法简单、环保低毒、易于功能化、光化学性能稳定而深受关注。有机硅材料具有优异的耐高低温、耐候性、高透过率与折光率,在LED封装方面具有广泛的应用。本论文从碳点易于功能化的优势出发,制备了三类有机硅功能化的碳点发光材料,包括绿光发射的硅油功能化碳点、绿光和红光发射的硅烷功能化碳点,并研究其在二基色和三基色白光LED的应用。有机硅功能化碳点可实现自固化或共固化封装,有望在白光LED上发挥发光层与封装层双重作用,有效避免传统白光LED光转换与封装材料的相容性问题,为提高LED性能提供新的思路。本论文主要研究内容如下：(1)硅油功能化绿光碳点及二基色白光LED：采用一步溶剂热法制备了氨丙基硅油功能化的绿光碳点,发光在550 nm(白光LED 460 nm激发),通过简单加热可自固化封装得到碳点交联硅橡胶,更有利于同时作为LED发光材料和封装材料。自封装后的LED器件白光CIE坐标值为(0.33,0.28),与标准的白光CIE(0.33,0.33)非常接近。硅油功能化碳点还可与氨丙基硅油实现不同比例的掺杂,实现共交联固化,得到碳点杂化柔性硅橡胶玻璃(碳点浓度可从10 wt%调至100wt%),具有高透过率,并可反复弯折。其中25wt%的CDs-SR最大弯曲挠度为9.58 mm,曲率半径为26 mm,弯曲模量较低,为5.2 MPa,邵氏硬度为20A,与报道的硅橡胶弹性体相似。这些特性在光电子器件,尤其是在柔性电子器件中尤为重要。此外,有机硅聚合物材料的耐高温性能使得该类碳点材料在LED使用中表现出较好的热稳定性。因此硅油功能化碳点在白光LED和柔性光电器件领域有潜在的应用前景。(2)红光碳点及其红光LED：以对苯二胺为碳源,一步溶剂热法制备了红光碳点。通过调节反应条件与反应物比例,最终得到高量子产率的红光碳点(QY：25%),与文献报道类似,但是制备方法较文献简单。NaOH使得红光碳点发光波长红移,且对提高量子产率有重要的促进作用。进一步提纯红光碳点,可获得高量子产率的红光碳点(QY:32.8%),及硅烷化红光碳点。结合红光碳点与蓝光LED芯片,制备得到碳点基的红光LED,更加环保节能,在红光显示和照明具有潜在的应用前景。(3)硅烷功能化碳点在三基色白光LED的应用：调节白光LED中硅烷化绿光碳点与硅烷化红光碳点的相对比例,显色指数可在69-88范围内调控,高于硅烷化绿光碳点制备二基色型白光LED(显色指数为56-58),满足室内照明需求。硅烷化红光碳点的引入可提高LED显色指数,同时使得发光波长红移。色温可在5592-8732 K范围内调控,光效最高为54.4 lm/W。并且制备的白光LED的CIE坐标可为(0.33,0.33),与纯白光相同。以上表明,硅烷化碳点在三基色白光LED方面具有很好的应用前景。硅烷化绿光碳点与硅烷化红光碳点具有相似的烷氧基硅烷功能基团,可共水解缩合形成三维交联结构,使得硅烷化碳点有望在LED器件中同时作为发光层与封装层。这种方法将有助于避免传统LED中光转换与封装材料的相容性问题,并且可以简化LED器件的制备,为获得高性能的白光LED器件提供了可能。
【关键词】：硅油碳点 硅橡胶 硅烷功能化碳点 白光LED 多基色
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM923.34;TQ127.11
【目录】：
- 摘要10-12
- ABSTRACT12-15
- 符号说明15-16
- 第一章 绪论16-35
- 1.1 碳点概述16-17
- 1.2. 碳点的荧光性能及机理17-21
- 1.2.1 带隙跃迁共轭π域荧光机理17-18
- 1.2.2 表面态缺陷荧光机理18-19
- 1.2.3 碳点的可调荧光发射19-21
- 1.3 碳点的合成方法21-26
- 1.3.1 自上而下21-22
- 1.3.2 自下而上22-23
- 1.3.3 碳点的表面钝化与功能化23-26
- 1.4 白光LED26-32
- 1.4.1 白光的产生方式26-27
- 1.4.2 白光的评价指标27-28
- 1.4.3 白光LED的光转换材料28-32
- 1.5 有机硅材料在LED封装的应用32-33
- 1.6 论文的选题意义及研究内容33-35
- 第二章 氨丙基硅油功能化碳点的制备及其在白光LED的应用35-56
- 2.1 实验部分35-38
- 2.1.1 主要试剂35
- 2.1.2 主要仪器35-36
- 2.1.3 实验过程36-37
- 2.1.4 表征方法37-38
- 2.2 结果与讨论38-54
- 2.2.1 氨丙基硅油的表征39-40
- 2.2.2 荧光AMS-CDs的表征及其光学性能40-44
- 2.2.3 CDs-SR的表征、及其光学和力学性能44-52
- 2.2.4 AMS-CDs在白光LED的应用52-54
- 2.3 本章小结54-56
- 第三章 红光碳点的制备及红光碳点LED56-73
- 3.1 实验部分56-58
- 3.1.1 主要试剂56
- 3.1.2 主要仪器56-57
- 3.1.3 实验过程57-58
- 3.1.4 表征方法58
- 3.2 结果与讨论58-72
- 3.2.1 反应条件对CDs-A光学性能的影响58-66
- 3.2.2 CDs-B与CDs-C的表征及其光学性质66-71
- 3.2.3 红光碳点LED71-72
- 3.3 本章小结72-73
- 第四章 硅烷化碳点在三基色白光LED的应用73-82
- 4.1 实验部分73-75
- 4.1.1 主要试剂73
- 4.1.2 主要仪器73-74
- 4.1.3 实验过程74-75
- 4.1.4 表征方法75
- 4.2 结果与讨论75-80
- 4.2.1 G-SiCDs的表征及其光学性质75-77
- 4.2.2 硅烷化碳点在三基色白光LED的应用77-80
- 4.3 本章小结80-82
- 第五章 结论82-84
- 参考文献84-97
- 致谢97-100
- 攻读学位期间发表的学术论文目录100-101
- 附件101
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