超级碳纳米点和纳米晶电荷传输层的制备及应用研究

发布时间：2020-09-02 20:31

　　胶体量子点作为半导体纳米晶体系重要成员材料,由于其具有独特的量子尺寸效应、表面效应,使其具有连续可调发光波段,窄的发射线宽,较高的发光量子效率和好的光学稳定性。其表面修饰配体后可在溶液中进行柔性处理,可采用旋涂和印刷技术制备成膜,是应用于新一代电致发光平板显示与固态照明的核心材料。经过科研人员的不懈努力,合成了各种高效发光的量子点,主要包括发光来源于激子发光的II-VI族和III-V族量子点,发光主要来源于掺杂离子及复合发光中心发光的Mn、Cu掺杂量子点,及发光来源机制存在争议的IV族Si、C量子点。随着材料和器件制备工艺不断进步,以及器件物理研究的不断深入,基于胶体量子点发射体的发光二极管器件(LED)性能(外量子效率,亮度和稳定性)得到了快速提升。目前,我国科学家利用激子发光的Cd S e量子点制备了全溶液加工的发光二极管的外量子效率达20.5%,最大亮度达42000 cd m-2和寿命达100000 h。然而相对于Cd Se量子点LED,具有绿色环保优势的碳纳米点LED的最大亮度仅有90 cd m-2,其电致发光机理尚不清楚,与实际应用及商业化生产还有很长距离。因此,研究和优化无镉碳纳米点发光性质,以及选择和优化量子点LED电荷传输层,对于提升无镉量子点LED发光性能具有重要的意义。本论文从这两方面出发,取得的主要工作成果如下:1.通过对可溶液加工氧化石墨烯进行弱化学还原处理将其应用于Cd Se量子点LED的空穴注入层,并考察了不同还原程度对器件性能的影响。发现旋涂相同厚度氨水处理氧化石墨烯空穴注入层的正置Cd Se量子点LED器件,氨水还原后的器件性能显著改善,其中还原时间为3小时的器件性能最优。通过紫外光电子能谱,吸收光谱和原子力显微镜扫描分析得出:氨水还原后氧化石墨烯的导电率增强,功函数提升,这两个因素一方面增强了Cd Se量子点LED器件的空穴传输,另一方面抑制空穴的注入。通过对这两种因素的折中,我们得到了性能最优的Cd Se量子点LED器件,即为3小时氨水还原氧化石墨烯用作空穴注入层制作的器件。2.用低温溶液沉淀法合成的Ti O2与Zn O纳米粒子用作电子传输层分别制备了倒置Cd Se量子点LED,并研究了电致发光机理。发现Zn O电子传输层掺入部分Cs CO3会改善电子传输层电子到量子点层的注入,提高量子点LED的亮度和效率。同时,更高的掺杂浓度会导致电子传输层具有较低的电荷迁移率和更大的表面粗糙度,进而不利于器件性能的提高。另外,通过对比量子点层到Ti O2与Zn O纳米粒子电子传输层的寿命,得出利用Ti O2纳米粒子用作电子传输层具有进一步提高量子点LED发光效率的潜力。3.制备了部分十二烷基链修饰的两亲性的碳纳米点,利用其自组装性质得到了具有水致荧光增强特性的“超级碳点”。通过将“超级碳点”与纸复合得到了有水致荧光增强特性的纸复合物。通过使用该“超级碳点”纸复合物,进行喷水打印和简单指尖按压获得了高质量的荧光图像和指纹汗孔荧光图像。通过时间分辨光谱,形貌表征,共聚焦成像和核磁表征得到了该碳纳米点水致荧光增强的机理,并进一步开发了该智能荧光碳纳米材料在光信息存储,司法鉴定和医疗诊断等领域的潜在应用。进一步的,利用完全十二烷基链修饰的油性的碳纳米点作为新型环保量子点LED发光层制备了器件,发现发射波长随电压变化而改变。
【学位单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：O471.1
【部分图文】：

照片,紫外光照射,荧光,照片

中国科学院大学博士学位论文：超级碳纳米点和纳米晶电荷传输层的制备及应用研究发光二极管(LED)等[8, 19-24]。半导体量子点拥有独特新颖的磁学，催化性质，这与它们的尺寸有别于体材料分不开。此外，与无机体复杂昂贵相比，半导体量子点可溶液加工，并可通过滴涂、旋涂或式来加工成膜，显著优化半导体器件的制备工艺，降低了器件生产效率。

表面原子,原子数,效应,粒径

绪论 ehBemmr1122 me和 mh分别为电子与空穴的有效质量。面效应面效应是指随着材料尺寸减小，表面原子数相对于全部原子数间的图 1.2 所示)，比表面积增加的效应[7, 15, 25]。该效应会引起材料的性面的变化。

热注入,量子点,分解法,合成过程

图 1.3 CdSe 量子点热注入分解法合成过程机量子点具有自己独特的优秀性能。主要包括一下方面范围宽有机染料窄的激发光谱,量子点激发谱是连续的。能量以激发量子点发出高质量光,这为实现单光源激发都样,真正实现多通道检测,简化了检测过程,并提高了检测敏可调控子尺寸效应的无机量子点,可以通过在化学合成过程中其荧光发光颜色,使其光谱范围可以从紫外区域延伸到近需求。而求通过控制量子点大小，我们得到的发光颜色对以后商业化发展提供了极大的优势和可能。全宽,大的斯托克斯位移有机染料,较小的斯托克斯位移,容易引起自吸收现象,和光致发光器件效率提高；无机量子点较大的斯托克斯

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