本文關(guān)鍵詞：基于金屬納米顆粒局域表面等離激元效應(yīng)增強(qiáng)白光LED降頻轉(zhuǎn)換效率的研究

  更多相關(guān)文章： 局域表面等離激元 金屬納米顆粒 電致發(fā)光器件 降頻轉(zhuǎn)換

【摘要】：近年來(lái),金屬納米技術(shù)和制備工藝飛速發(fā)展,表面等離激元(SPPs)再次掀起研究熱潮。利用局域表面等離激元(LSPs)共振效應(yīng)增強(qiáng)電致發(fā)光器件(LEDs)的整體性能具有巨大的潛能。目前市場(chǎng)上的白光LEDs主要是利用短波長(zhǎng)Ⅲ-Ⅴ族氮化物L(fēng)EDs激發(fā)熒光粉得到。由于熒光粉降頻轉(zhuǎn)換過(guò)程存在多種能量損失機(jī)制,導(dǎo)致其平均轉(zhuǎn)換效率只有150 lm/W左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論最高值350 lm/W。與傳統(tǒng)的熒光粉比較,利用LED+發(fā)光聚合物通過(guò)降頻轉(zhuǎn)換得到白光LEDs的途徑的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是可以通過(guò)無(wú)機(jī)、有機(jī)之間的非輻射能量轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)比常規(guī)光吸收再發(fā)射過(guò)程更高的轉(zhuǎn)換效率,但是在實(shí)際的器件中很難實(shí)現(xiàn)這種短程的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程。本論文提出一個(gè)獨(dú)特的氮化物多量子阱LED/Ag納米顆粒/有機(jī)發(fā)光聚合物(F8BT)的混合結(jié)構(gòu),利用納米顆粒上局域表面等離激元場(chǎng)的較大穿透深度,將相距較遠(yuǎn)的多量子阱和有機(jī)分子耦合相連。LSP介導(dǎo)的從多量子阱到F8BT的快速非輻射能量轉(zhuǎn)移過(guò)程將有效地增強(qiáng)多量子阱的發(fā)光效率和聚合物的吸收效率,從而實(shí)現(xiàn)高效的降頻轉(zhuǎn)換。主要工作歸納為以下四個(gè)部分:首先,基于Mie理論,數(shù)值計(jì)算金屬納米顆粒的電磁散射吸收效率,研究球形金屬納米顆粒的材料、尺寸、邊界以及周圍媒質(zhì)材料的介電常數(shù)對(duì)局域表面等離激元共振強(qiáng)度和波長(zhǎng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明LSPs的共振強(qiáng)度和共振峰的位置以及共振波長(zhǎng)與球形金屬納米顆粒的材料成分、顆粒尺寸、邊界效應(yīng)和周圍介質(zhì)環(huán)境有著密切的聯(lián)系。通過(guò)改變這四個(gè)參數(shù)可以對(duì)LSPs共振進(jìn)行調(diào)控,獲得最佳的散射效率和相對(duì)較小的吸收損耗。其次,當(dāng)Ag納米顆粒置于Ga N媒質(zhì)中時(shí),可基于Mie理論求解其產(chǎn)生的表面等離激元的散射和消光效應(yīng)。由于SPP的共振強(qiáng)度與顆粒的尺寸相關(guān),故改變顆粒大小可移動(dòng)共振峰位。計(jì)算發(fā)現(xiàn)直徑13 nm的Ag納米球?qū)?yīng)的SPP共振峰位于純藍(lán)光470 nm,因此可實(shí)現(xiàn)與藍(lán)光量子阱的強(qiáng)耦合及其之間的能量轉(zhuǎn)移。然后,簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)為Ga N-Ag-F8BT模型,運(yùn)用CST仿真軟件模擬Ag納米顆粒發(fā)生SPP共振時(shí)的近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)以及SPP的介入對(duì)光能量在Ga N/F8BT兩種媒質(zhì)中的分布的影響。仿真結(jié)果顯示:Ag納米球發(fā)生SPP共振時(shí)對(duì)周圍媒質(zhì)的電場(chǎng)增強(qiáng)效果明顯;對(duì)比沒(méi)有放置Ag納米顆粒的模型、單一顆粒模型以及3×3周期顆粒模型三者發(fā)現(xiàn),由于Ag納米球LSPs的介導(dǎo),光能量被大部分散射到介電常數(shù)較小的F8BT中。當(dāng)納米球之間的間距為8 nm時(shí),光散射到F8BT層中的程度最大,其比例為68%。因而可以極大地增強(qiáng)F8BT的能量吸收和發(fā)光效率。最后,由于理論計(jì)算得到的13 nm的Ag納米顆粒很難通過(guò)簡(jiǎn)單的微加工得到,所以制備了合適的Ag-Au合金納米球來(lái)替代。隨后在藍(lán)光In Ga N/Ga N LED芯片上成功制備了藍(lán)光LED/Ag/F8BT混合結(jié)構(gòu),得了高質(zhì)量的白光發(fā)射,并測(cè)得光激發(fā)導(dǎo)致的降頻轉(zhuǎn)換效率為18%,該結(jié)果與普通黃光熒光粉的轉(zhuǎn)換效率相比有明顯提高。
【關(guān)鍵詞】：局域表面等離激元 金屬納米顆粒 電致發(fā)光器件 降頻轉(zhuǎn)換
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TN312.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 白光電致發(fā)光發(fā)光器件9-10
• 1.2 表面等離激元10-11
• 1.3 表面等離激元技術(shù)的應(yīng)用11-14
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容與安排14-16
• 第2章 理論背景16-30
• 2.1 表面等離激元16-21
• 2.1.1 表面等離激元的定義16
• 2.1.2 表面等離激元的基本特性16-20
• 2.1.3 表面等離激元的激發(fā)20-21
• 2.2 局域表面等離激元21-26
• 2.2.1 局域表面等離激元21-22
• 2.2.2 準(zhǔn)靜態(tài)理論下的LSPs共振22-25
• 2.2.3 LSPs能量的衰減25-26
• 2.3 CST數(shù)值仿真原理及方法26-29
• 2.3.1 CST軟件介紹26-27
• 2.3.2 時(shí)域有限差分法27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 局域表面等離激元共振峰的調(diào)控30-40
• 3.1 金屬納米顆粒表面等離激元電磁模型30-33
• 3.1.1 金屬的介電特性30-32
• 3.1.2 Mie理論32-33
• 3.2 影響球形納米顆粒LSPs共振的因素33-38
• 3.2.1 材料成分不同對(duì)LSPs共振的影響33-34
• 3.2.2 顆粒大小對(duì)LSPs共振的影響34-36
• 3.2.3 顆粒邊界效應(yīng)對(duì)LSPs共振的影響36-37
• 3.2.4 周圍媒質(zhì)材料不同對(duì)LSPs共振的影響37-38
• 3.3 本章小結(jié)38-40
• 第4章 LSP共振增強(qiáng)白光LED器件的降頻轉(zhuǎn)換40-56
• 4.1 LSP介導(dǎo)的白光LED降頻轉(zhuǎn)換機(jī)理40-42
• 4.2 數(shù)值計(jì)算Ag納米顆粒的散射特性42-43
• 4.3 數(shù)值模擬LSP的近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)43-49
• 4.3.1 LSP共振增強(qiáng)器件整體性能的物理機(jī)制43-44
• 4.3.2 CST仿真模擬LSPs的近場(chǎng)增強(qiáng)44-49
• 4.4 基于混合結(jié)構(gòu)的白光LED器件的制備與表征49-54
• 4.4.1 真空熱蒸發(fā)設(shè)備49-50
• 4.4.2 納米顆粒的制備及表征50-51
• 4.4.3 白光LED的制備及表征分析51-54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第5章 總結(jié)56-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 致謝62-63
• 附錄63

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 杜松濤,熊貴光;復(fù)合金屬納米顆粒多孔硅的光學(xué)非線性特性[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2003年05期

2 何武強(qiáng),何寶林,陳益賢,廖小娟,劉漢范;溶劑穩(wěn)定的鈀金屬納米顆粒的制備[J];中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年04期

3 杜天倫;楊修春;黃文e，

本文編號(hào)：835789