一种基于氧化锌量子点的发光二极管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于氧化锌量子点的发光二极管的制备方法；氧化锌作为宽带隙半导体，具有3.3eV的直接带隙能和60meV的激子数束缚能，这使得其在光学、电学、催化等领域具有广泛的实际应用。通过在温和的无水乙醇碱性溶液体系中合成的ZnO量子点并对反应体系的时间，温度，OH‑含量进行大量的参考，并通过正己烷对ZnO量子点进行表面修饰，从而使其保持结构和光学性质良好的稳定性。本发明专利技术使用廉价的水作为氧化剂，可节约生产成本，便于大面积生产推广。一种基于氧化锌量子点的发光二极管具有环保节能等优点，在照明领域应用及产业有可持续发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发光二极管(LED，LightEmittingDiode)
，具体涉及一种基于氧化锌量子点的发光二极管的制备方法。
技术介绍
作为无机多功能材料中重要的一员，ZnO纳米材料在许多领域都具有重要实用价值和基础科学研究意义。例如，ZnO的四配位结构可以用来研宄由极化作用诱导的压电性质，还可以对ZnO量子点的电子自旋进行研究来揭示半导体量子点在信息处理（量子计算器）方面的应用。高质量、大尺寸的单晶ZnO是紫外光和蓝光发光器件的最理想基板。同时，ZnO纳米材料在气敏元件、染料敏化太阳能电池的电极、荧光材料和薄膜场效应二极管等方面具有广泛的应用。不同形貌、形状的氧化锌纳米材料在发光器件、生物荧光标记、染料太阳能电池、力学传感器和纳米发电机等领域有极大应用。ZnO的激子玻尔直径约为6nm，当纳米颗粒的尺寸小于6nm时表现出量子约束效应，这个尺寸区域中的纳米晶体又可以叫做量子点。由于量子约束效应，ZnO量子点的价带和导带表现出离散的能级，从而导致了ZnO量子点具有不同于体块晶体的一些特殊的光学，电学等性质。ZnO量子点的带隙随着ZnO量子点颗粒大小的变化而连续变化，同时ZnO量子点的可见发光随着其尺寸的变化也会连续地发生变化。随着反应时间的延长，ZnO量子点的颗粒尺寸变大，ZnO而随着量子点颗粒尺寸的变大其在的紫外灯下的发光颜色发生变化，颜色由短波长的蓝光向长波黄光移动，也就是ZnO量子点所发出的可见光的能量随着ZnO量子点颗粒尺寸的变大而减弱。随着工艺技术的不断改进，LED的内量子效率已经有了很大的改善，最高可以达到85%左右，可以提升的空间已经较小，而LED的光提取效率却依然很低。就氧化锌量子点LED而言，实验结果表明：当发光波长小于300nm时，光提取效率只有百分之几，因此提升的空间很大。
技术实现思路
在实际研究中，ZnO量子点的缺陷容易导致光致发光谱急剧淬灭，使其性能容易恶化，而且在ZnO量子点生长的初期，由于奥氏熟化作用出现了ZnO量子点的双尺寸分布现象。本专利技术提供一种氧化锌量子点的设计，通过在温和的无水乙醇碱性溶液体系中合成的ZnO量子点并对反应体系的反应时间，温度，OH-含量一些重要参数进行大量的参考，通过对这些参数的优化，得出ZnO量子点的最适宜的生长条件，通过正己烷对ZnO量子点进行表面修饰，从而使其保持结构和光学性质良好的稳定性。本专利技术的目的是针对现有发光二极管结构及制备技术的不足，提供了一种基于氧化锌量子点的发光二极管的制备方法，可极大地降低生产成本。本专利技术解决技术问题采用的技术方案，一种基于氧化锌量子点的发光二极管的制备方法，包括LED芯片、量子点混合材料、硅胶作为灌封胶体；制备方法包括以下步骤：（1）以氧化镉、乙酸锌分别作为镉前驱体和锌前驱体，以硒粉溶于三丁基磷（TBP）制备的三丁基硒化磷作为硒前驱体，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作为硫源，以1-十八烯为溶剂，油酸作为反应配体制得油溶性CdxZn1-xS@ZnSe量子点；乙醇促使量子点沉淀，离心分离提纯，三氯甲烷溶解分散；（2）镉源：锌源：硫源：硒源以1:10:2:4的摩尔比反应制得量子点，此时量子点含有未反应的有机杂质，加入过量乙醇促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，加入三氯甲烷溶解再加过量乙醇沉淀，反复五次得到纯净的CdxZn1-xS@ZnSe量子点粉末；（3）将纯净的稀土硒化物量子点粉末重新分散到三氯甲烷中；（4）ZnO量子点的制备：将10ml乙酸锌的前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上室温搅拌，然后将0.5ml新配制的浓度为0.5M的NaOH的无水乙醇溶液快速注入到反应溶液中，并开始计时。在特定的反应时间后取出一定量的反应溶液并立即用冰水浴冷却，取出的反应样品溶液保存在0℃-4℃的冰箱里。（5）将步骤（1）、（2）、（3）得到CdxZn1-xS@ZnSe量子点与步骤（4）所制备的氧化锌量子点13:5混合。本专利技术的优点是：本专利技术使用廉价的水作为氧化剂，可节约生产成本，便于大面积生产推广。一种基于氧化锌量子点的发光二极管具有环保节能等优点，在照明领域应用及产业有可持续发展。具体实施方式1、CdxZn1-xS@ZnSe量子点的制备：（1）以氧化镉、乙酸锌别作为镉前驱体和锌前驱体，以硒粉溶于三丁基磷（TBP）制备的三丁基硒化磷作为硒前驱体，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作为硫源，以1-十八烯为溶剂，油酸作为反应配体制得油溶性CdxZn1-xS@ZnSe量子点。乙醇促使量子点沉淀，离心分离提纯，三氯甲烷溶解分散；（2）镉源：锌源：硫源：硒源以1:10:2:4的摩尔比反应制得量子点，此时量子点含有未反应的有机杂质，加入过量乙醇促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，加入三氯甲烷溶解再加过量乙醇沉淀，反复五次得到纯净的CdxZn1-xS@ZnSe量子点粉末；（3）将纯净的稀土硒化物量子点粉末重新分散到三氯甲烷中。2、ZnO量子点的制备：（1）乙酸锌前驱体溶液的制备，首先将2mmol二水合乙酸锌加入到50ml无水乙醇中，在80℃的智能控温磁力搅拌器上回流搅拌2h。然后降至室温并将其放置在0℃-4℃的冰箱里进行保存。（2）制备不同浓度的NaOH的无水乙醇溶液；分别配制摩尔浓度为0.25M，0.4M，0.6M，0.7M，1M，2M的NaOH的无水乙醇溶液，将称量好的NaOH迅速加入到10ml无水乙醇中，超声分散10min。（3）在不同的反应时间下制备ZnO量子点；用三颈圆底烧瓶将10ml乙酸锌的前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上室温搅拌，然后将0.5ml新配制的浓度为0.5M的NaOH的无水乙醇溶液快速注入到反应溶液中，并开始计时。在特定的反应时间后取出一定量的反应溶液并立即用冰水浴冷却，取出的反应样品溶液保存在0℃-4℃的冰箱里。（4）在不同的反应温度下制备ZnO量子点；在15℃-75℃之间，采用5℃的温度间隔考察反应温度的影响。用三颈圆底烧瓶将10ml乙酸锌前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上进行室温热搅拌，然后将0.5ml新配制的浓度为0.5M的NaOH的无水乙醇溶液注入到反应溶液中，反应后立即用冰水浴将反应溶液冷却并保存在0℃-4℃的冰箱里。（5）在不同摩尔比的OH-和Zn2+的反应条件下制备ZnO量子点用三颈圆底烧瓶将10ml乙酸锌的前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上室温搅拌，然后将0.5ml新配制的不同浓度的NaOH的无水乙醇溶液快速注入到反应溶液中，并开始计时。在特定的反应时间后取出一定量的反应溶液并立即用冰水浴冷却，取出的反应样品溶液保存在0℃-4℃的冰箱里。（6）正己烷表面修饰的ZnO量子点的制备，用三颈圆底烧瓶将乙酸锌的前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上室温搅拌，然后将一定浓度的NaoH无水乙醇溶液用玻璃注射器通过烧瓶侧面的一个颈口快速注入到反应溶液中，反应后将过量的正己院加入的反应溶液中后离心沉淀，除去离心上清液，用适量无水乙醇将沉淀溶解，如此反复操作两次。最终的产物白色沉淀溶解于无水乙醇中。3、ZnO的性能表征；（1）透射电镜（TEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）测试，ZnO量子点的微观结构分析由HRTEM（高分辨透射电镜）和SAED（选区电子衍射）得到。用无水乙醇对制备所得的ZnO量子点的乙醇溶液进行稀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氧化锌量子点的发光二极管的制备方法，包括LED芯片、量子点混合材料和硅胶，硅胶作为灌封胶体；制备方法包括以下步骤：（1）以氧化镉、乙酸锌分别作为镉前驱体和锌前驱体，以硒粉溶于三丁基磷（TBP）制备的三丁基硒化磷作为硒前驱体，以硫粉溶于1‑十八烯的溶液作为硫源，以1‑十八烯为溶剂，油酸作为反应配体制得油溶性CdxZn1‑xS@ZnSe量子点；乙醇促使量子点沉淀，离心分离提纯，三氯甲烷溶解分散；（2）镉源：锌源：硫源：硒源以1:10:2:4的摩尔比反应制得量子点，此时量子点含有未反应的有机杂质，加入过量乙醇促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，加入三氯甲烷溶解再加过量乙醇沉淀，反复五次得到纯净的CdxZn1‑xS@ZnSe量子点粉末；（3）将纯净的稀土硒化物量子点粉末重新分散到三氯甲烷中；（4）ZnO量子点的制备：将10ml乙酸锌的前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上室温搅拌，然后将0.5ml新配制的浓度为0.5M的NaOH的无水乙醇溶液快速注入到反应溶液中，并开始计时；在特定的反应时间后取出一定量的反应溶液并立即用冰水浴冷却，取出的反应样品溶液保存在0℃‑4℃的冰箱里；（5）将步骤（1）、（2）、（3）得到CdxZn1‑xS@ZnSe量子点与步骤（4）所制备的氧化锌量子点13:5混合。...

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化锌量子点的发光二极管的制备方法，包括LED芯片、量子点混合材料和硅胶，硅胶作为灌封胶体；制备方法包括以下步骤：（1）以氧化镉、乙酸锌分别作为镉前驱体和锌前驱体，以硒粉溶于三丁基磷（TBP）制备的三丁基硒化磷作为硒前驱体，以硫粉溶于1-十八烯的溶液作为硫源，以1-十八烯为溶剂，油酸作为反应配体制得油溶性CdxZn1-xS@ZnSe量子点；乙醇促使量子点沉淀，离心分离提纯，三氯甲烷溶解分散；（2）镉源：锌源：硫源：硒源以1:10:2:4的摩尔比反应制得量子点，此时量子点含有未反应的有机杂质，加入过量乙醇促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文勇，张芹，麻晓媛，刘佳维，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36