一种钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料

本发明涉及固体发光材料领域，尤其是涉及一种能够同时应用于背光显示和激光显示光源的钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料。

背景技术：

如今，显示技术已与人们的日常生活息息相关。无论是背光显示还是激光显示技术，光源质量的优劣直接影响了最终产品的显色效果。性能优越、可同时应用于背光显示和激光显示光源的荧光转换材料的开发对于相关厂商降低材料研发成本和产业升级成本具有重要意义。半导体荧光纳米晶作为一类常见荧光转换材料，长期备受关注，其发光源于导价带中电子-空穴对的复合。当半导体纳米粒子的尺度小于激子波尔半径时，具有量子限域效应，因而，可通过调节量子点的尺寸和化学组成，调谐其发光性质。其中，无机卤化物钙钛矿纳米晶具有色纯度高、发光波长可调、荧光量子效率高、色域宽等优异光学性能，非常适用于宽色域显示光源应用。然而，其存在荧光猝灭、化学分解、发光热猝灭、光照分解等一系列问题。尽管目前有大量文献和专利采用有机/无机基体包裹钙钛矿纳米晶，尤其是无机玻璃基体包裹钙钛矿纳米晶，以显著提高其物理/化学稳定性，但由于这些包裹基体的热导率均较低，而激光发光二极管具有超高功率密度，在工作过程中会产生大量热。这些公开的样品和发明远不足以同时满足背光显示和激光显示光源的要求。在这一背景下，基于钙钛矿纳米晶，能够同时应用于背光显示和激光显示光源的荧光转换材料亟需得到开发。

本发明为了解决上述问题，制备了结构稳定、具有合适光学性质的钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料，利用叠层复合结构设计，在led蓝光芯片或蓝光激光器激发下该材料可有效地产生白光，同时适用于背光显示和激光显示光源。

技术实现要素：

本发明提出一种钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料，目的在于制备出结构稳定，可同时应用于背光显示和激光显示光源的荧光转换材料。

本发明采用如下制备工艺：

(1)将前驱玻璃基体的设计，该玻璃基体组分含量如下：30-42mol％sio2；26-37mol％b2o3；1-15mol％zno；5-10mol％na2co3；1-5mol％cs2co3；(6-x-y)pbbr2；(8-z-w)nabr；xpbi2；znai；ypbcl2；wnacl，上述组分的摩尔总量为100mol％，其中pbbr2、nabr、pbi2、nai、pbcl2、nacl所用的x、y、z、w是由对应目标钙钛矿即cspbx3纳米晶相，x选自cl、br、i的一种或多种元素的固溶比例按比值确定。

(2)将粉体原料按照各自组分配比研磨均匀后置于坩埚中，均放入1000-1200℃高温炉中保温40分钟，接着将玻璃熔液快速倒入铜模，继续在520℃进行热处理120分钟，粉碎、研磨、过筛得到含不同固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷粉末。同时，按松油醇：乙基纤维素为97wt％:3wt％的比例称量，在80℃、600转的条件下进行混合搅拌，制备得到有机浆料混合物。依据1:1:1质量配比，称量有机浆料混合物、低熔点玻璃粉末(10sio2-35p2o5-24al2o3-5na2co3-26k2co3，mol％)和含钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷粉末，分别于玛瑙研钵中混合研磨均匀，得到涂覆浆料；

(3)将浆料以丝网印刷法涂覆于透明蓝宝石基板，以涂覆顺序来决定各叠层的叠放顺序，以印刷次数来控制各层厚度；而后，将涂覆后的基板转移至300℃烘箱中，放置10小时进行排胶，使得其中的有机混合物充分挥发，最终置于500-600℃马弗炉中烧结10-30分钟即得到钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料。

本发明还涉及一种钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料的应用，其特征在于用于背光显示和激光显示光源。通过fls920荧光光谱仪和自搭建激光显示测试系统测量表明在365纳米紫外光激发下，各固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜复合材料可分别呈现出中心波长位于412纳米至677纳米的宽幅可调发光，具有窄带发光特性，发光峰半高宽11纳米至47纳米。在蓝光激光激发下，材料的发光波长同样宽幅可调，且具有窄带发光特性。并且，通过丝网印刷法涂敷于透明蓝宝石基板的叠层复合结构设计使该材料在led蓝光芯片或蓝光激光器激发下可有效地产生白光。本发明中的材料具有适宜的发光性能，并且具有制备工艺简单、可批量化制备等优势。本发明中的钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料可应用于背光显示和激光显示光源。

附图说明

图1：各固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜复合材料的x射线衍射图

图2：各固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜复合材料的稳态发射谱(激发波长：365纳米)

图3：耦合蓝光芯片，钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料电致发光光谱

图4：钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料在蓝光激发下的芯片耦合后组合实物样品发光照片；

图5：蓝光激光激发下，各层钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜复合材料的电致发光光谱

具体实施方式

实施例1：将分析纯sio2；b2o3；zno；na2co3；cs2co3；pbbr2；nabr；pbi2；nai；pbcl2；nacl粉体，按34sio2-30b2o3-10zno-9na2co3-3cs2co3-(6-x-y)pbbr2-(8-z-w)nabr-xpbi2-znai-ypbcl2-wnacl(组分的摩尔总量为100mol％，其中pbbr2、nabr、pbi2、nai、pbcl2、nacl所用的x、y、z、w是由各自对应于目标钙钛矿即cspbx3(x＝cl,br,i)纳米晶相的固溶比例按比值确定)在玛瑙研钵中研磨半小时以上使其均匀混合后置于氧化铝坩埚中，放入1100℃高温炉中保温40分钟，接着将玻璃熔液快速倒入铜模，继续在520℃进行热处理120分钟，粉碎、研磨、过筛得到含不同固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷粉末。同时，按松油醇：乙基纤维素为97wt％:3wt％的比例称量，在80℃、600转的条件下进行混合搅拌，制备得到有机浆料混合物。依据1:1:1质量配比，称量有机浆料混合物、低熔点玻璃粉末(10sio2-35p2o5-24al2o3-5na2co3-26k2co3，mol％)和含钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷粉末，分别于玛瑙研钵中混合研磨均匀，得到涂覆浆料；随后，将浆料以丝网印刷法涂覆于透明蓝宝石基板，以涂覆顺序来决定各叠层的叠放顺序，以印刷次数来控制各层厚度；而后，将涂覆后的基板转移至300℃烘箱中，放置10小时进行排胶，使得其中的有机混合物充分挥发，最终置于560℃马弗炉中烧结15分钟即得到钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料。

x射线衍射数据表明各固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜复合材料的晶相衍射峰位置与各自标准卡片相对应，无杂相信号(如图1所示)。用fls920荧光光谱仪测量各层钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜复合材料的稳态发射谱(激发波长：365纳米)表明各固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜复合材料可分别呈现出中心波长位于412纳米至677纳米的宽幅可调发光，具有窄带发光特性，发光峰半高宽11纳米至47纳米(如图2所示)。随后，如图3、4所示，以cspbbr3纳米晶玻璃陶瓷膜在上和cspbbr1i2纳米晶玻璃陶瓷膜在下的叠放次序为例，耦合蓝光芯片得到了钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料电致发光光谱，证明利用本发明中的材料可产生明亮白光(光效：71.48lm/w、色温：6533k、色域：121.8％ntsc)。使用自搭建激光显示测试系统，测定了蓝光激光激发下各固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜复合材料的电致发光光谱，发光波长同样宽幅可调，且具有窄带发光特性(如图5所示)。以上数据均表明本发明中的钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料是一种可用背光显示和激光显示光源的新颖材料。

实施例2：将分析纯sio2；b2o3；zno；na2co3；cs2co3；pbbr2；nabr；pbi2；nai；pbcl2；nacl粉体，按30sio2-26b2o3-15zno-10na2co3-5cs2co3-(6-x-y)pbbr2-(8-z-w)nabr-xpbi2-znai-ypbcl2-wnacl(组分的摩尔总量为100mol％，其中pbbr2、nabr、pbi2、nai、pbcl2、nacl所用的x、y、z、w是由各自对应于目标钙钛矿即cspbx3(x＝cl,br,i)纳米晶相的固溶比例按比值确定)在玛瑙研钵中研磨半小时以上使其均匀混合后置于氧化铝坩埚中，放入1000℃高温炉中保温40分钟，接着将玻璃熔液快速倒入铜模，继续在520℃进行热处理120分钟，粉碎、研磨、过筛得到含不同固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷粉末。同时，按松油醇：乙基纤维素为97wt％:3wt％的比例称量，在80℃、600转的条件下进行混合搅拌，制备得到有机浆料混合物。依据1:1:1质量配比，称量有机浆料混合物、低熔点玻璃粉末和含钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷粉末，分别于玛瑙研钵中混合研磨均匀，得到涂覆浆料；随后，将浆料以丝网印刷法涂覆于透明蓝宝石基板，以涂覆顺序来决定各叠层的叠放顺序，以印刷次数来控制各层厚度；而后，将涂覆后的基板转移至300℃烘箱中，放置10小时进行排胶，使得其中的有机混合物充分挥发，最终置于500℃马弗炉中烧结10分钟即得到钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料，并可用于背光显示和激光显示光源。

实施例3：将分析纯sio2；b2o3；zno；na2co3；cs2co3；pbbr2；nabr；pbi2；nai；pbcl2；nacl粉体，按42sio2-37b2o3-1zno-5na2co3-1cs2co3-(6-x-y)pbbr2-(8-z-w)nabr-xpbi2-znai-ypbcl2-wnacl(组分的摩尔总量为100mol％，其中pbbr2、nabr、pbi2、nai、pbcl2、nacl所用的x、y、z、w是由各自对应于目标钙钛矿即cspbx3(x＝cl,br,i)纳米晶相的固溶比例按比值确定)在玛瑙研钵中研磨半小时以上使其均匀混合后置于氧化铝坩埚中，放入1200℃高温炉中保温40分钟，接着将玻璃熔液快速倒入铜模，继续在520℃进行热处理120分钟，粉碎、研磨、过筛得到含不同固溶度钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷粉末。同时，按松油醇：乙基纤维素为97wt％:3wt％的比例称量，在80℃、600转的条件下进行混合搅拌，制备得到有机浆料混合物。依据1:1:1质量配比，称量有机浆料混合物、低熔点玻璃粉末和含钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷粉末，分别于玛瑙研钵中混合研磨均匀，得到涂覆浆料；随后，将浆料以丝网印刷法涂覆于透明蓝宝石基板，以涂覆顺序来决定各叠层的叠放顺序，以印刷次数来控制各层厚度；而后，将涂覆后的基板转移至300℃烘箱中，放置10小时进行排胶，使得其中的有机混合物充分挥发，最终置于600℃马弗炉中烧结30分钟即得到钙钛矿纳米晶玻璃陶瓷膜叠层复合材料，并可用于背光显示和激光显示光源。