一种新型高散射量子点荧光粉及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发光与显示技术领域，具体涉及一种新型高散射量子点荧光粉及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，固态照明发光二极管(LED)受到人们的极大关注。现有LED的效率已经远远胜过了传统的白炽灯。据保守预测:固态照明已经拥有在未来十年战胜荧光灯和高压灯的潜力。固体照明有两种典型的体系结构:一种是结合红色LED、绿色LED和蓝色LED ;另一种是紫外光LED芯片或者蓝光LED芯片结合颜色转换荧光粉。合理材料组合需要一个高效的紫外光或者蓝光LED芯片和一个光转化层，光转化层需要具备高的光致发光量子效率、合适的折射率以及良好的耐光性和所需的发光颜色。由于量子点(QD)具有独特性质:窄而可调的光致发光光谱、高光致发光量子效率、无机材料固有的热稳定性等，所以基于颜色转换原理的QD-LED拥有巨大的潜在应用价值。众所周知，在现有显示设备中，背光源由于自身的限制不符合未来超轻、超薄的趋势。因此，人们对平板显示设备进行了积极的研宄，例如:三星研发了采用QD背光模块的全彩色平板显示设备。量子点的狭窄的光致发光光谱提供高色纯度，这对精确地设计高质量的照明及显示装置都是必要的。然而单纯的量子点是透明的，不具备一定的散射能力，并且完整的保护量子点，提高其稳定性和可加工性同时不恶化光致发光效率仍然是一个具有挑战性的任务。因此，研发一种高稳定性、高效率、高色纯度、具有合适散射性的颜色转换材料十分必要。2012年Nikolai Gaponik组报道了把量子点嵌入到大块离子晶体中，所用的方法是常温挥发含有量子点的饱和盐溶液，得到嵌入量子点的离子晶体，然后研磨得到粉体。此种方法耗时长，能够嵌入的量子点数量有限，不能满足实际应用中的需求，不适合大规模的工业化生产。因此亟待寻找新的方法制造此类新型荧光材料。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种新型高散射量子点荧光粉，其具有高的散射性、稳定性及可加工性。
[0004]本发明还提供了上述新型高散射量子点荧光粉的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种新型高散射量子点荧光粉，其以离子晶体无机盐或纳米级氧化物组装体为基质，以荧光量子点为发光中心制得。
[0006]上述新型高散射量子点荧光粉的制备方法，其包括如下步骤:取无机盐水溶液或超声分散于水中的纳米级氧化物，然后加入水溶性量子点，混匀后喷雾干燥即得粉末状量子点焚光粉。
[0007]量子点与基质的质量比(最佳范围1: 10000?5: 100)可以根据实际所需荧光粉的荧光强度和散射性确定，没有严格的下限或者上限。为使基质和量子点混合均匀，可借助搅拌和超声进行。搅拌(5~40分钟)和超声(2~20分钟)所需时间可根据基质材料和荧光量子点在水中的溶解性，以及二者之间的兼容性进行适应调整，以基质与量子点混合均匀为准。喷雾干燥所需的温度(最佳范围100~200°C)由基质材料以及荧光量子点所具有的热稳定性决定。
[0008]具体的，所述的量子点可以是直接合成的水溶性量子点，也可以是合成的油溶性量子点转溶于水相中形成的水溶性量子点。量子点可以由下述材料中的一种或两种以上制备获得:CdS、CdSe, CdTe, ZnyCd1^ySe (0〈y〈l)、CdSeTe, CuInS2, CuInSe2, CuInZnxS2+x(0.05〈x〈3)、ZnCuInSe2, InP、ZnO, ZnS, ZnSe和ZnTe，但并不局限于前述的几种材料。所述的量子点也可以由下述核-壳结构材料制备获得:CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS、ZnxCd1 _ xS/ZnS (0〈x〈I)、CdSe/CdS/Zn.Cdi^S/ZnS (0〈x〈I)、CuInS2/ZnS、CdTe/CdS/ZnS、ZnS/CdS和CdTe/ZnS，但并不局限于前述的几种材料。本发明中所述的量子点可以购买普通市售产品，或者按照本领域常规方法制备获得。
[0009]所用的基质为能溶解于水中、随着水分的挥发又能结晶析出的无机盐，或者是能超声分散于水中的纳米级氧化物。所述无机盐可以是NaCl、KC1或KBr等；所述纳米级氧化物则可以为5丨0231203、2110、1102、51102、!1?)2或ZrO 2，但并不局限于前述的这几种。
[0010]本发明所述的高散射量子点荧光粉通过简单的喷雾干燥，把量子点嵌入到无机盐晶体或纳米氧化物组装体中，形成类似于传统荧光粉的结构，得到了以量子点作为发光中心，以无机盐或纳米氧化物组装体作为基质的新型荧光粉。该荧光粉不包含稀土元素，且具有优越的光学性质，例如激发光谱宽且连续分布，发射光谱窄而对称，颜色可调，色彩饱和，光化学稳定性高及可加工性强等，所用基质材料对嵌入其中的量子点具有保护作用而且使该荧光粉具有高散射性。本发明中不使用稀土资源，有利于资源可持续发展。所用喷雾干燥的方法适合工业化的生产，制造的高散射性量子点荧光粉可用于设计高质量的照明及显示装置，在照明及显示领域有着巨大的应用前景。
[0011]本发明解决了目前荧光粉制造存在的成本及能耗较高、需要消耗稀土资源等问题，提出一个新概念:以离子晶体无机盐或纳米级氧化物组装体为基质，以荧光量子点为发光中心的一种新型高散射量子点荧光粉，并且利用简单的喷雾干燥方法，可以快速、大量、低能耗获得该高散射性量子点荧光粉。该制备方法操作简单，对仪器设备要求低，非常适合大规模生产。
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例1中QD觀aCl荧光粉的SEM图；
图2是本发明实施例1中QDONaCl荧光粉的固态漫反射吸收光谱图；
图3是本发明实施例1中QDONaCl荧光粉的发射光谱图；
图4是本发明实施例2中QDiiS12-光粉的SEM图；
图5是本发明实施例2中QDOS12荧光粉的固态漫反射吸收光谱图；
图6是本发明实施例2中QDOS12荧光粉的发射光谱图；
图7是本发明实施例3中QDOKCl荧光粉的发射光谱图；
图8是本发明实施例4中QDOKBr荧光粉的发射光谱图。
【具体实施方式】
[0013]以下通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
[0014]实施例1
一种新型高散射量子点荧光粉，其以氯化钠为基质，以CdSe/ZnS量子点为发光中心制得。
[0015]上述新型高散射量子点荧光粉的制备方法，其包括如下步骤:
将3g氯化钠粉末转入烧杯中，加入300ml蒸馏水，搅拌10分钟，然后加入30mg CdSe/ZnS (PL 607 nm)量子点，先室温磁力搅拌7分钟，再超声5分钟(超声功率100W);然后室温磁力搅拌15分钟，将该混合溶液转入喷雾干燥装置中于150°C喷雾干燥，得到粉末状QD觀aCl荧光粉产品。CdSe/ZnS量子点可参照下述文献进行制备:Changhua Zhou,Huaibin Shenj Yi Guoj Li Xuj Jinzhong Niuj Zhijun Zhang, Zuliang Duj JianminChen, Lin Song Li，A versatile method for the preparat1n of water-solubleamphiphilic oligomer-coated semiconductor quantum dots with high fluorescenceand stability, Journal of Colloid and Interface Science, 2010，344，279 _ 2850
[0016]取少量上述产品粉末均匀洒在有导电胶带的铜台上，用扫描电镜(SEM)观察粉末颗粒形貌和大小，结果见图1。从图1中可以看出QDONaCl荧光粉的形貌多样化，大多数属于不规则的立方体，粒径分布较宽，直径从几百纳米到2微米不等，粒径大小可能有利于QD@NaCl荧光粉具备一定的散射性。颗粒表面光滑说明量子点分散于氯化钠基质内部，表面没有过多的量子点的聚集体。使用荧光光谱仪测试其发射光谱，激发光波长为365nm，所得结果如图2所示，从图2看出，所得荧光粉发射光谱窄而对称。使用紫外可见吸收光谱仪测试其漫反射光谱，结果见图3 ;由图3看出吸收光谱宽且连续分布。综上说明所得的QDONaCl荧光粉具有优越的光学性质。
[0017]实施例2
一种新型高散射量子点荧光粉，其以纳米级二氧化硅为基质，以CdSe/ZnS量子点为发光中心制得。
[0018]上述新型高散射量子点荧光粉的制备方法，其包括如下步骤:
取3g 二氧化娃粉末(粒径为30nm)转入烧杯中，加入500ml蒸饱水中，室温磁力搅拌40分钟，超声10分钟(超声功率100W)，室温磁力搅拌15分钟，然后向烧杯中加入15mg CdSe/ZnS (PL 607 nm)量子点，先常温磁力搅拌15分钟，再超声20分钟(超声功率100W)，然后常温磁力搅拌20分钟，将该混合溶液转入喷雾干燥装置中于150°C喷雾干燥，得到粉末状QDOS12荧光粉产品。
[0019]取少量上述产品粉末均匀洒在有导电胶带的铜台上，用扫描电镜(SEM)观察粉末颗粒形貌和大小，结果见图4。从图4中可以看出QDOS12荧光粉的形貌为近似微球，粒径分布较宽，直径从几百纳米到2微米不等，粒径大小可能有利于QDOS12荧光粉具备一定的散射性。使用荧光光谱仪测试其发射光谱，激发光波长为365nm，所得结果如图5所示，从图5看出:所得荧光粉发射光谱窄而对称。使用紫外可见吸收光谱仪测试其漫反射光谱，结果见图6 ;由图6看出:吸收光谱宽且连续分布，综上说明所得的QDOS12荧光粉具有优越的光学性质。
[0020]实施例3 一种新型高散射量子点荧光粉，其以氯化钾为基质，以CdSe/ZnS量子点为发光中心制得。
[0021]上述新型高散射量子点荧光粉的制备方法，其包括如下步骤:
将3g氯化钾粉末转入烧杯中，加入250ml蒸馏水中，室温磁力搅拌5分钟，然后加入20mg CdSe/ZnS(PL 530 nm)量子点，先常温磁力搅拌2分钟，再超声4分钟(超声功率100W);然后常温磁力搅拌9分钟，将该混合溶液转入喷雾干燥装置中于150°C喷雾干燥，得到粉末状QDOKCl荧光粉产品。
[0022]使用荧光光谱仪测试上述产品的发射光谱，激发光波长为365nm，所得结果如图7所示，从图7看出