本文關鍵詞：有機硅功能化碳點的制備及其在白光LED中的應用

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【摘要】：固態(tài)第四代光源-LED是顯示與照明技術的核心器件,具有節(jié)能環(huán)保、使用壽命長、經(jīng)濟效益高等諸多優(yōu)勢。目前,商用LED用光轉(zhuǎn)換材料以稀土摻雜的無機熒光粉為主。熒光粉制備條件苛刻,且通常包含昂貴的稀土元素,這些稀土元素有限且會對環(huán)境造成危害,熒光粉顆粒不均一,會存在擋光、漏光問題。量子點作為一種光轉(zhuǎn)換材料,通常包含重金屬成分,也是不環(huán)保的,量子點還存在光閃爍與光漂白等問題,導致LED性能下降。另外,熒光粉、量子點與LED封裝材料相容性差,容易造成團聚,影響器件的穩(wěn)定性與光學性能。碳點作為一類新型碳納米材料,由于其制備方法簡單、環(huán)保低毒、易于功能化、光化學性能穩(wěn)定而深受關注。有機硅材料具有優(yōu)異的耐高低溫、耐候性、高透過率與折光率,在LED封裝方面具有廣泛的應用。本論文從碳點易于功能化的優(yōu)勢出發(fā),制備了三類有機硅功能化的碳點發(fā)光材料,包括綠光發(fā)射的硅油功能化碳點、綠光和紅光發(fā)射的硅烷功能化碳點,并研究其在二基色和三基色白光LED的應用。有機硅功能化碳點可實現(xiàn)自固化或共固化封裝,有望在白光LED上發(fā)揮發(fā)光層與封裝層雙重作用,有效避免傳統(tǒng)白光LED光轉(zhuǎn)換與封裝材料的相容性問題,為提高LED性能提供新的思路。本論文主要研究內(nèi)容如下：(1)硅油功能化綠光碳點及二基色白光LED：采用一步溶劑熱法制備了氨丙基硅油功能化的綠光碳點,發(fā)光在550 nm(白光LED 460 nm激發(fā)),通過簡單加熱可自固化封裝得到碳點交聯(lián)硅橡膠,更有利于同時作為LED發(fā)光材料和封裝材料。自封裝后的LED器件白光CIE坐標值為(0.33,0.28),與標準的白光CIE(0.33,0.33)非常接近。硅油功能化碳點還可與氨丙基硅油實現(xiàn)不同比例的摻雜,實現(xiàn)共交聯(lián)固化,得到碳點雜化柔性硅橡膠玻璃(碳點濃度可從10 wt%調(diào)至100wt%),具有高透過率,并可反復彎折。其中25wt%的CDs-SR最大彎曲撓度為9.58 mm,曲率半徑為26 mm,彎曲模量較低,為5.2 MPa,邵氏硬度為20A,與報道的硅橡膠彈性體相似。這些特性在光電子器件,尤其是在柔性電子器件中尤為重要。此外,有機硅聚合物材料的耐高溫性能使得該類碳點材料在LED使用中表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。因此硅油功能化碳點在白光LED和柔性光電器件領域有潛在的應用前景。(2)紅光碳點及其紅光LED：以對苯二胺為碳源,一步溶劑熱法制備了紅光碳點。通過調(diào)節(jié)反應條件與反應物比例,最終得到高量子產(chǎn)率的紅光碳點(QY：25%),與文獻報道類似,但是制備方法較文獻簡單。NaOH使得紅光碳點發(fā)光波長紅移,且對提高量子產(chǎn)率有重要的促進作用。進一步提純紅光碳點,可獲得高量子產(chǎn)率的紅光碳點(QY:32.8%),及硅烷化紅光碳點。結合紅光碳點與藍光LED芯片,制備得到碳點基的紅光LED,更加環(huán)保節(jié)能,在紅光顯示和照明具有潛在的應用前景。(3)硅烷功能化碳點在三基色白光LED的應用：調(diào)節(jié)白光LED中硅烷化綠光碳點與硅烷化紅光碳點的相對比例,顯色指數(shù)可在69-88范圍內(nèi)調(diào)控,高于硅烷化綠光碳點制備二基色型白光LED(顯色指數(shù)為56-58),滿足室內(nèi)照明需求。硅烷化紅光碳點的引入可提高LED顯色指數(shù),同時使得發(fā)光波長紅移。色溫可在5592-8732 K范圍內(nèi)調(diào)控,光效最高為54.4 lm/W。并且制備的白光LED的CIE坐標可為(0.33,0.33),與純白光相同。以上表明,硅烷化碳點在三基色白光LED方面具有很好的應用前景。硅烷化綠光碳點與硅烷化紅光碳點具有相似的烷氧基硅烷功能基團,可共水解縮合形成三維交聯(lián)結構,使得硅烷化碳點有望在LED器件中同時作為發(fā)光層與封裝層。這種方法將有助于避免傳統(tǒng)LED中光轉(zhuǎn)換與封裝材料的相容性問題,并且可以簡化LED器件的制備,為獲得高性能的白光LED器件提供了可能。
【關鍵詞】：硅油碳點 硅橡膠 硅烷功能化碳點 白光LED 多基色
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM923.34;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 符號說明15-16
• 第一章 緒論16-35
• 1.1 碳點概述16-17
• 1.2. 碳點的熒光性能及機理17-21
• 1.2.1 帶隙躍遷共軛π域熒光機理17-18
• 1.2.2 表面態(tài)缺陷熒光機理18-19
• 1.2.3 碳點的可調(diào)熒光發(fā)射19-21
• 1.3 碳點的合成方法21-26
• 1.3.1 自上而下21-22
• 1.3.2 自下而上22-23
• 1.3.3 碳點的表面鈍化與功能化23-26
• 1.4 白光LED26-32
• 1.4.1 白光的產(chǎn)生方式26-27
• 1.4.2 白光的評價指標27-28
• 1.4.3 白光LED的光轉(zhuǎn)換材料28-32
• 1.5 有機硅材料在LED封裝的應用32-33
• 1.6 論文的選題意義及研究內(nèi)容33-35
• 第二章 氨丙基硅油功能化碳點的制備及其在白光LED的應用35-56
• 2.1 實驗部分35-38
• 2.1.1 主要試劑35
• 2.1.2 主要儀器35-36
• 2.1.3 實驗過程36-37
• 2.1.4 表征方法37-38
• 2.2 結果與討論38-54
• 2.2.1 氨丙基硅油的表征39-40
• 2.2.2 熒光AMS-CDs的表征及其光學性能40-44
• 2.2.3 CDs-SR的表征、及其光學和力學性能44-52
• 2.2.4 AMS-CDs在白光LED的應用52-54
• 2.3 本章小結54-56
• 第三章 紅光碳點的制備及紅光碳點LED56-73
• 3.1 實驗部分56-58
• 3.1.1 主要試劑56
• 3.1.2 主要儀器56-57
• 3.1.3 實驗過程57-58
• 3.1.4 表征方法58
• 3.2 結果與討論58-72
• 3.2.1 反應條件對CDs-A光學性能的影響58-66
• 3.2.2 CDs-B與CDs-C的表征及其光學性質(zhì)66-71
• 3.2.3 紅光碳點LED71-72
• 3.3 本章小結72-73
• 第四章 硅烷化碳點在三基色白光LED的應用73-82
• 4.1 實驗部分73-75
• 4.1.1 主要試劑73
• 4.1.2 主要儀器73-74
• 4.1.3 實驗過程74-75
• 4.1.4 表征方法75
• 4.2 結果與討論75-80
• 4.2.1 G-SiCDs的表征及其光學性質(zhì)75-77
• 4.2.2 硅烷化碳點在三基色白光LED的應用77-80
• 4.3 本章小結80-82
• 第五章 結論82-84
• 參考文獻84-97
• 致謝97-100
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄100-101
• 附件101

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