纖維素納米晶體(CNCs)制備新型鈣鈦礦量子點(PQD)薄膜

在該研究了一種利用纖維素納米晶體(CNCs)制備新型鈣鈦礦量子點(PQD)薄膜的造紙工藝。

該薄膜具有91%的光學(xué)吸收，由于納米纖維素與PQDs之間的絡(luò)合作用，其具有良好的穩(wěn)定性。

將PQD紙結(jié)合紅K2SiF6:Mn4 +甘磷和藍(lán)色LED芯片，可以制造出高性能白光LED。

該LED發(fā)光效率超高 (124 lmW?1),且色域?qū)挘軌蜷L時間的運行(240 h)，為的照明技術(shù)鋪平了道路。

鈣鈦礦量子點(PQDs)由于其的光致發(fā)光性、窄發(fā)射性、高量子產(chǎn)率和顏色可調(diào)性，成為下一代顯示技術(shù)的有力的競爭候選者。然而，由于高能量輻射下的熱阻差和不穩(wěn)定性，大多數(shù)PDQ基白色發(fā)光二極管(LEDs)的發(fā)光效率只有≈50 lm W?1，且壽命小于100 h。

使用一個轉(zhuǎn)換器類型的結(jié)構(gòu)（CH3NH3PbBr3 PQD紙）來進(jìn)行白色LED的設(shè)計。

圖1：PQD紙的制備及特性：a) PQD紙的制作工藝，b) PQD紙表面的SEM圖像，c)CH3NH3PbBr3 PQDs的TEM圖像，d) PQD紙和純CNC紙的XRD圖譜，e) PQD紙的PL和UV-vis吸收光譜。

利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PQD紙的表面形貌，可以發(fā)現(xiàn)纏繞的CNC結(jié)構(gòu)(圖1b)。圖1c使用透射電鏡(TEM)觀察PQDs。發(fā)現(xiàn)PQDs的尺寸約為3-8nm，這可提供強(qiáng)大的量子限域效應(yīng)并增強(qiáng)鈣鈦礦的光發(fā)射。CH3NH3PbBr3PQD紙和純CNC紙的XRD圖譜如圖1d所示，兩種樣品在23°時都表現(xiàn)出很強(qiáng)的衍射峰，這是由CNC材料造成的；而PQD紙在15°、30°和34°出現(xiàn)其他的峰，分別對應(yīng)著CH3NH3PbBrQDs的(001)、(200)和(210)晶面，這證實了紙張中PQDs的高純度。圖1e為CH3NH3PbBr3PQD紙的光致發(fā)光(PL)和紫外可見(UV-vis)吸收光譜，可以看出，PQD紙顯示出明亮的綠色PL發(fā)射，FWHM為28 nm，峰值波長為518 nm，與PQD紙的強(qiáng)吸收邊緣截斷相對應(yīng)。圖1e中的插圖是PQD紙在有和沒有UV激發(fā)的情況下的光學(xué)圖像，說明在正常和PL條件下，其色彩均勻性都良好。

圖2：PQD紙基白光LED的制作和EL性能：a) PQD紙基LED制作工藝示意圖，b)KSF與硅膠封裝后的LED照片，c)完成的PQD紙質(zhì)LED，d) LED發(fā)光演示，e)不同驅(qū)動電流下PQD紙基LED的EL譜，f)NTSC標(biāo)準(zhǔn)、Rec.2020標(biāo)準(zhǔn)和PQD紙基LED色域的CIE圖，g) PQD紙基LED的電流相關(guān)發(fā)光效率和光通量，h)連續(xù)運行時LED器件的時變光通量。

使用PQD紙作為白色LED的顏色轉(zhuǎn)換器，其LED的制作過程如圖2a所示。接下來，將KSF的紅色熒光粉與硅樹脂混合，并將混合后的混合物調(diào)配(圖2b)。在固化1小時后，將PQD紙貼在包裝袋的頂部作為綠色變色器，進(jìn)而得到白色LED(圖2c,d)。圖2 e揭示了不同驅(qū)動電流（5-60 mA）下PQD紙基器件的電致發(fā)光譜圖（EL），可以看到藍(lán)色LED芯片、綠色PQD紙和紅色KSF的三個主峰分別位于452、518和630 nm處。圖2f為基于PQD紙的LED色域，該色域占了NTSC標(biāo)準(zhǔn)的123%和下一代8K4K顯示器較重要的顏色標(biāo)準(zhǔn)Rec. 2020的92%。在連續(xù)運行240 h后，光通量僅下降12.4%(圖2h)，表明基于PQD紙的LED具有良好的穩(wěn)定性。

圖3：PQD紙基LED與其它報道的LED的器件性能比較：A) QDs的發(fā)光效率、色域性能和b)工作耐久性。

綜上所述，該研究開發(fā)了一種PQD紙，其有能力實現(xiàn)、寬色域的白色LED。該材料具有91%的高光學(xué)吸收，28nm的FWHM和518 nm的峰值波長。白光LED由綠色PQD紙、紅色KSF熒光粉和藍(lán)色LED芯片組成，其發(fā)光效率為124 lm W?1，寬色域為NTSC標(biāo)準(zhǔn)的123%，視角為120°。而且該器件表現(xiàn)出的穩(wěn)定性，運行240小時只有12.4%的光降解。另外，利用柔性PQD紙作為曲面換色器，可以將LED的視角進(jìn)一步提高到143°，從而說明了PQD紙的多功能性。

wyf 03.05