在液体介质中产生光的系统和方法技术方案

提供一种使用液体介质产生光的方法。该方法包括：将纳米颗粒置于液体介质中；将一对电极设置为直接接触液体介质；在所述一对电极中的电极之间产生激发信号，从而使一部分纳米颗粒发光。

Systems and methods for generating light in liquid media

A method of generating light using liquid medium is provided. The method includes: placing nanoparticles in a liquid medium; setting a pair of electrodes into direct contact with the liquid medium; generating excitation signals between the electrodes in the pair of electrodes, thereby enabling some nanoparticles to emit light.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在液体介质中产生光的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年10月21日递交的申请号15/331,027的美国专利申请，即2017年9月5日授权公告的编号为9,756,701的美国专利，的优先权。本申请进一步要求于2017年8月21日递交的申请号15/681,996的美国专利申请的优先权，该美国专利申请15/681,996是2016年10月21日递交的申请号15/331,027的美国专利申请，即2017年9月5日授权公告的编号为9,756,701的美国专利，的部分延续。以上申请的全部公开内容通过引用纳入本文。
本公开涉及在极性液体介质中激发电致发光材料的装置和方法。
技术介绍
电致发光(EL)是指材料响应电刺激而发光的现象。典型结构中，将电致发光材料夹在两个电极板之间，形成发光装置。电致发光材料和相应的发光装置在干燥或非极性液体介质的条件下，而非在极性液体介质的条件下操作。在极性液体介质中使用发光材料仅限于光致发光，其中在光致发光的过程中，发光颗粒从外部光源吸收较高能量的光，并将吸收的光能重新发射为较长波长和较低能量的光。该用途较为严重的缺陷是高强度激发光源会产生较强的背景光，该背景光会比发光材料发出的二次光更强(overwhelm)。光学滤波器可被用来阻止激发光进入光检测器，但是它们并不能完全消除背景光。在发光材料重新发射的光已经很弱，或激发光和发射光的波长大部分重叠的情况下，使用光学滤波器问题很严重。因此，需要改良在极性液体介质中激发电致发光材料的方法。本部分提供了与本公开相关的背景信息，该信息不一定是现有技术。
技术实现思路
该部分提供了本公开的总体概述，而非本公开全部范围或全部特征的详尽披露。提供一种光源，其在液体介质中产生光。光源包括：支撑件；由所述支撑件支承的液体介质，靠近所述支撑件设置的至少一对电极；以及电耦合到所述至少一对电极的激发源。电极被设置为彼此共面，所述至少一对电极中的每个电极的表面与纳米颗粒直接接触，其中纳米颗粒包括发光材料，并被液体介质覆盖。激发源工作时在所述至少一对电极中的电极之间施加激发信号。一实施例中，液体介质中的纳米颗粒被沉积到电极表面，例如，通过移除液体介质而将纳米颗粒沉积到电极表面。部分实施例中，电极涂覆有介电材料，或以其它方式通过介电材料与液体介质分离。纳米颗粒可具有多种不同形式。例如，纳米颗粒可包括金属硫系化合物、IIB-VI族半导体化合物或III-V族半导体化合物中的一种或多种。纳米颗粒可被掺杂，例如被选自过渡金属或稀土金属的掺杂剂掺杂。部分示例中，纳米颗粒可嵌入固相基质，其中固相基质选自包括硅胶、交联葡聚糖凝胶、沸石、分子筛的组。可以理解，纳米颗粒可包括两种或多种不同类型的发光材料。部分实施例中，液体介质具有极性，可选自包括水、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺的组。液体介质还可包括电解质或其他强化元素。其他实施例中，液体介质为非极性的，可选自包括矿物油、蓖麻油和亚麻油的组。一实施例中，支撑件为板，液体介质被置于板的表面。另一实施例中，支撑件是构造为盛放所述液体介质的容器，所述至少一对电极集成于容器的内表面。电极还可表现为不同形式。部分实施例中，所述至少一对电极共面。同一或不同实施例中，电极可以排列为交叉指形。优选地，电极包括铝或铝合金。操作中，激发源在所述至少一对电极中的电极之间产生电流。一实施例中，激发源在所述至少一对电极中的电极之间施加电压，其中电压的极性周期性地从正电压变化至负电压以及从负电压变化至正电压。部分实施例中，电极之间施加的电压的脉冲由间隔时间段相互隔开，在所述间隔时间段期间电压的大小为小于所述脉冲的峰值的基准值。从本文提供的说明书中，其他应用方面也显而易见。此综述中的描述和具体实施例仅用于说明的目的而非用于限制本公开的范围。附图说明本文描述的附图仅用于说明所选的实施例，而非所有可能的实施方式，因此并不意欲限制本公开的范围。图1为描绘发光系统一示例性实施例的示意图；图2A描绘了发光系统的第二示例性实施例；图2B描绘了发光系统的第三示例性实施例；图2C描绘了发光系统的第四示例性实施例；图3A为具有棋盘格状排列的电极构造的示意图；图3B-3D为描绘排列为交叉指形的电极的不同排列的示意图；图4A-4C为描绘可用在发光系统中的支撑件的不同形式的示意图；图5A和5B为分别进行振幅调制和频率调制的激发波形的示意图；图5C为示出了光强度与激发信号的睡眠时间百分比的相关关系的示意图；图6为示出了光强度与液体介质中分散的发光颗粒的量的相关关系的示意图；图7为示出了光强度与液体介质中分散的发光颗粒的量的相关关系的另一示意图；图8为示出了光发射强度与激发信号大小的相关关系的示意图；图9为示出了作为液体介质类型的函数的光强度的示意图；图10为示出了在光源的一个具体实施方式中由纳米颗粒发出的光强度的示意图；以及图11为示出了不同湿度条件下颗粒的增强的电致发光的示意图。在所有附图中，相应的附图标记表示相应的部件。具体实施方式在此参照附图对示例性实施例进行更充分的描述。图1描绘了从发光材料产生光的发光系统10的一个示例性实施例。光源(即系统)10包括容器12、一对或多对电极14和激发源16。容器12被构造为盛放液体介质18。容器12的一个或多个壁优选为透明的，以允许发射的光透过。本公开设想了容器12的多种形状和实施方式。CCD(电荷耦合器件)摄像机或其他类型的光探测器17可用于记录或以其它方式验证所产生的光。液体介质被置于容器12中。该示例性实施例中，液体介质为极性质子溶剂或极性非质子溶剂。极性液体介质可包括但不限于水、二甲基亚砜(DMSO)、或二甲基甲酰胺(DMF)。部分实施例中，液体介质可为凝胶状。为了确认水在增强电致发光方面的作用，不同条件下颗粒发出的光示于图11。湿颗粒产生的发光强度远高于干颗粒。其他实施例中，液体介质为非极性的，可选自包括但不限于矿物油、蓖麻油和亚麻油的组。第一示例性实施例中，固态发光材料悬浮在液体介质中。一实施例中，发光材料被进一步定义为尺寸小于100微米的纳米颗粒。其他实施例中，发光材料可为特征尺寸小于100微米的核-壳结构颗粒、薄片或薄膜。固态发光材料可选自元素半导体或化合物半导体材料。例如，元素半导体可为硅和/或锗颗粒。另一示例中，化合物半导体可选自IIB-VI族元素的化合物，如ZnO、ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdTe。本公开还考虑到了例如具有CdSe核和ZnS壳的颗粒的复合结构。另一示例中，化合物固态发光材料可选自III-V族元素化合物如GaAs，以及IV-VI族元素化合物如PbS。部分实施例中，发光材料可被掺杂，以产生具有不同颜色或波长的发射光。总体来说，过渡金属元素和稀土元素可用作掺杂剂。例如，掺杂有锰(Mn)的ZnS颗粒发射橙色光；而掺杂有铜(Cu)的ZnS颗粒发射绿色光。其他示例中，发光材料可掺杂有钐(Sm)、钍(Tm)、铒(Er)、钕(Nd)、铕(Eu)或其他镧系稀土元素。根据这些示例，本领域的技术人员可以认识到，也可使用其他类型的掺杂剂。某些应用中，可将发光材料嵌入基质，或与其他颗粒集成。为了证明本公开的方法的通用性，将固态发光材料嵌入基质中，然后分散在液体介质中。示例性基质包括但不限于硅胶、分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光源，包括：支撑件；由所述支撑件支承的液体介质，所述液体介质具有极性并在其中悬浮有纳米颗粒，所述纳米颗粒包括发光材料；靠近所述支撑件而设置的至少一对电极，其中所述至少一对电极中的每个电极的表面与由所述支撑件支承的所述液体介质直接接触；以及激发源，所述激发源电耦合到所述至少一对电极并可用于在所述至少一对电极中的电极之间施加激发信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.21 US 15/331,027;2017.08.21 US 15/681,9961.一种光源，包括：支撑件；由所述支撑件支承的液体介质，所述液体介质具有极性并在其中悬浮有纳米颗粒，所述纳米颗粒包括发光材料；靠近所述支撑件而设置的至少一对电极，其中所述至少一对电极中的每个电极的表面与由所述支撑件支承的所述液体介质直接接触；以及激发源，所述激发源电耦合到所述至少一对电极并可用于在所述至少一对电极中的电极之间施加激发信号。2.根据权利要求1所述的光源，其中所述纳米颗粒包括两种或多种不同类型的发光材料。3.根据权利要求1所述的光源，其中所述纳米颗粒包括金属硫系化合物、IIB-VI族半导体化合物或III-V族半导体化合物中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的光源，其中所述纳米颗粒被掺杂。5.根据权利要求4所述的光源，其中所述纳米颗粒中掺杂有选自过渡金属或稀土金属的掺杂剂。6.根据权利要求1所述的光源，其中所述纳米颗粒嵌入固相基质。7.根据权利要求6所述的光源，其中所述固相基质选自包括硅胶、交联葡聚糖凝胶、沸石、分子筛的组。8.根据权利要求1所述的光源，其中所述极性液体介质选自包括水、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺的组。9.根据权利要求1所述的光源，其中所述液体介质还包括电解质。10.根据权利要求1所述的光源，其中所述至少一对电极中的电极共面。11.根据权利要求1所述的光源，其中所述至少一对电极中的电极排列为交叉指形。12.根据权利要求1所述的光源，其中所述支撑件是板，所述液体介质被置于所述板的表面。13.根据权利要求1所述的光源，其中所述支撑件是构造为盛放所述液体介质的容器，所述至少一对电极被置于所述液体介质内或被集成于所述容器的内表面。14.根据权利要求1所述的光源，其中所述电极包括铝或铝合金。15.根据权利要求1所述的光源，其中所述激发源在所述至少一对电极中的电极之间产生电流。16.根据权利要求1所述的光源，其中所述激发源在所述至少一对电极中的电极之间施加电压，其中所述电压的极性周期性地从正电压变化至负电压以及从负电压变化至正电压。17.根据权利要求16所述的光源，其中在所述电极之间施加的电压的脉冲由间隔时间段相互隔开，在所述间隔时间段期间所述电压的大小为小于所述脉冲的峰值的基准值。18.根据权利要求16所述的光源，其中在所述电极之间施加的所述电压的脉冲的峰值随时间变化。19.一种光源，包括：板；被置于所述板的表面的液体介质，所述液体介质具有极性并在其中悬浮有纳米颗粒，所述纳米颗粒包括发光材料；被集成在所述板的表面上的至少一对电极，使所述至少一对电极中的每个电极的表面与所述液体介质直接接触且所述至少一对电极中的电极共面；以及激发源，所述激发源电耦合到所述至少一对电极并可用于在所述至少一对电极中的电极之间施加电压信号，使所述电压的极性周期性地从正电压变化至负电压以及从负电压变化至正电压。20.根据权利要求19所述的光源，其中所述电极包括铝或铝合金。21.根据权利要求19所述的光源，其中在所述电极之间施加的电压的脉冲由间隔时间段相互隔开，在所述间隔时间段期间所述电压的大小为小于所述脉冲的峰值的基准值。22.一种产生光的方法，包括：将纳米颗粒悬浮在极性液体介质中，其中所述纳米颗粒包括发光材料并且尺寸小于100微米；将至少一对电极设置为与所述液体介质直接接触；并在所述至少一对电极中的电极之间产生激发信号，从而使得一部分所述纳米颗粒发光。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述极性液体介质选自包括水、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺的组。24.根据权利要求22所述的方法，其中所述产生激发信号进一步包括在所述至少一对电极中的电极之间产生电流。25.根据权利要求22所述的方法，其中所述产生激发信号进一步包括在所述至少一对电极中的电极之间施加电压，其中所述电压的极性周期性地从正电压变化至负电压以及从负电压变化至正电压。26.根据权利要求25所述的方法，其中在所述电极之间施加的电压的脉冲由间隔时间段相互隔开，在所述间隔时间段期间所述电压的大小为小于所述脉冲的峰值的基准值。27.根据权利要求25所述的方法，进一步包括根据时间调整所述电压的脉冲的峰值。28.一种光源，包括：支撑件；由所述支撑件支承的液体介质；设置在所述支撑件上的至少一对电极，使所述至少一对电极中的电极被设置为彼此共面并且所述至少一对电极中的每个电极的表面与纳米颗粒直接接触，其中所述纳米颗粒包括发光材料并且与所述液体介质同时存在；以及激发源，所述激发源电耦合到所述至少一对电极并可用于在所述至少一对电极中的电极之间施加激发信号。29.根据权利要求28所述的光源，其中所述纳米颗粒先被置于液体中，随后通过移除所述液体而将所述纳米颗粒沉积到所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈希姆·阿哈万·塔夫提，伊赫桑·亚赫希·塔夫提，巴里·A·舍恩费尔纳，
申请(专利权)人：阿弗拉科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US