量子点组合物制造技术

已发现某些含硅表面改性配体可以用来使半导体纳米粒子(量子点)与聚硅氧烷更相容。分散在聚硅氧烷基质中的量子点可以例如用于发光器件以改变这样的器件的发射光谱。

【技术实现步骤摘要】
量子点组合物相关申请的交叉引用：本申请要求于2014年3月18日提交的美国临时申请号61/954,860的权益，其全部内容通过引用结合于此。关于联邦政府资助的研究或开发的声明：不适用
1.专利
本专利技术总体涉及包含发光半导体量子点(QD)的材料。更具体地，本专利技术涉及结合QD的基于有机硅的聚合物。
技术介绍
2.相关技术描述，包括依据37CFR1.97和1.98公开的信息。发光二极管(LED)在日常生活中变得更加重要并且设想了它们将成为许多照明形式的主要应用之一，如汽车照明、交通信号、一般照明、液晶显示器(LCD)背光和显示屏。目前，LED器件通常由无机固态化合物半导体如AlGaAs(红色)、AlGaInP(橙色-黄色-绿色)和AlGaInN(绿色-蓝色)制成。然而，使用可得固态化合物半导体的混合物，不能生产发射白光的固态LED。此外，通过混合不同频率的固态LED难以产生"纯"颜色。因此，用于产生所需颜色(包括白色)的颜色混合的主要的、当前方法是使用磷光材料的组合，所述磷光材料放置在固态LED的顶部上，由此来自LED的光("一次光")被磷光材料吸收然后以不同频率重新发射("二次光")，即所述磷光材料将一次光降频变换为二次光。此外，相比于固态红色-绿色-蓝色LED的组合，通过磷光体降频变换生产的白色LED的使用导致更低的成本和更简单的器件制造。目前在降频变换应用中使用的磷光材料吸收UV或主要吸收蓝光并将其变换为更长波长，其中大多数磷光体目前使用三价稀土掺杂的氧化物或卤代磷酸盐。白色发射可以通过将在蓝色、绿色和红色区域中发射的磷光体与发射蓝光或UV的固态器件的磷光体共混而得到，即发射蓝光的LED加绿色荧光体如SrGa2S4:Eu2+和红色磷光体如SrSiEu2+或发射UV光的LED加黄色磷光体如Sr2P2O7:Eu2+；Mn+2和蓝-绿色磷光体。白色LED也可以通过将蓝色LED与黄色磷光体组合而制造，然而由于缺乏LED和磷光体的可调节性，当使用这种方法时，颜色控制和显色性会差。此外，常规LED磷光体技术使用具有差显色性的降频变换材料(即，显色指数(CRI)<75)。在利用由尺寸为约2–50nm的粒子(经常称为量子点(QD)或纳米晶体)组成的化合物半导体的性能方面存在相当大的兴趣。这些材料由于其尺寸可调节的电子性能而具有商业兴趣，在许多新兴应用之中，其可以被用于许多商业应用如光学和电子器件以及其他应用中，包括生物标记、光伏电池、催化、生物成像、LED、一般空间照明和电致发光显示器。最多研究的半导体材料是硫属化物II-VI材料，即ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdTe；最值得关注的是CdSe，这是由于其在光谱的整个可见光区域内的可调节性。已经由"自底向上(bottomup)"技术开发了用于大规模生产这些材料的可再现方法，其中使用"湿法"化学程序，原子挨原子地(即从分子到簇到粒子)制备了粒子。两个均与个体半导体纳米粒子的尺寸相关的基本因素是它们的独特性质的原因。第一个是大的表面体积比；随着粒子变小，表面原子数与内部中的原子数之比增大。这导致在该材料的总体性能中起重要作用的表面性质。第二个因素是，在许多材料包括半导体纳米粒子的情况下，随着尺寸在材料的电子性能方面有变化，此外，由于量子限制效应，带隙随着粒子尺寸减小而逐渐变得更大。这种效应是所谓的“盒中电子(electroninabox)”的限制的结果，产生了与在原子和分子中观察到的那些类似的离散能级，而不是如在相应堆半导体材料中观察的连续带。因此，对于半导体纳米粒子来说，由于物理参数，通过吸收电磁辐射(光子，具有比第一激子跃迁更大的能量)产生的"电子和空穴"相比于它们在相应的粗晶体材料中更靠近在一起。此外，库伦相互作用(Coulombicinteraction)不能被忽视。这导致窄带宽发射，其取决于纳米粒子材料的粒子尺寸和组成。因此，量子点具有比相应粗晶体材料更高的动能并且因此第一激子跃迁(带隙)随着粒径减小在能量方面增加。由于在缺陷处发生的电子-空穴复合和可能导致非辐射电子-空穴复合的位于纳米粒子表面上的悬挂键所致，由单个半导体材料连同外部有机钝化层组成的核半导体纳米粒子趋于具有相对较低的量子效率。消除缺陷和在量子点的无机表面上的悬挂键的一种方法是生长第二无机材料，其具有较宽带隙和与外延地在核粒子的表面上的核材料的小晶格错配，以生产"核-壳"粒子。核-壳粒子将被限制在核中的任何载体与将会另外充当非辐射复合中心的表面状态分开。一个实例是在CdSe核的表面上生长的ZnS壳。根据前述讨论将理解的是，许多迄今已被广泛研究的QD材料结合镉离子。然而，存在许多与使用镉和其他重金属如基于汞和铅的材料相关的环境问题，并且因此需要开发无镉纳米粒子材料。尤其是，期望生产表现出与目前基于镉的材料类似的单分散性和尺寸可调节的光致发光光谱的不含镉的量子点。商业需求也决定这样的材料应尽可能廉价地在大规模下以高收率生产。基本的基于量子点的发光器件已通过将胶体生产的量子点嵌入光学透明的LED封装介质(通常为有机硅或丙烯酸酯)中制备，然后将其置于固态LED的顶部上。量子点的使用相对于更常规的磷光体的使用潜在地具有某些显著的优势，如调节发射波长的能力、强吸收性能和低散射(如果量子点是单分散的)。对于量子点在下一代发光器件中的商业应用来说，量子点优选结合到LED封装材料中同时尽可能地保持完全单分散并且没有显著损失量子效率。迄今开发的方法存在问题，尤其是因为当前LED封装剂的特性。当配制成当前的LED封装剂时，量子点可能会聚集，由此降低量子点的光学性能。此外，在量子点结合到LED封装剂中后，氧可以经由该封装剂迁移至量子点的表面，这可能会导致光氧化，并且作为结果，量子产率(QY)下降。解决氧迁移至QD的问题的一种方式是将QD结合到具有低氧透过性的介质如聚合物中。结合QD的聚合物可以用来制备膜或制备珠，其可以结合到发光器件中。然而，QD与所有聚合物体系都不相容。尤其是，无镉QD难以与相容的聚合物体系匹配。例如，不相容的聚合物体系可以与QD发生反应，导致QD的QY下降。而且，QD在许多聚合物体系中趋于聚集，导致QY下降。迄今，已发现基于丙烯酸酯单体如甲基丙烯酸酯的聚合物与QD是最相容的。然而，大多数丙烯酸酯体系对氧是略微可透过的，并且由于该原因，是低于理想的。而且，丙烯酸酯聚合物经历通过高温、紫外照射和氧化的降解。
技术实现思路
当配制成当前的LED封装剂时，量子点(QD)经常聚集。这降低了量子点的光学性能。经由封装剂迁移至量子点表面的氧可以导致量子点的光氧化，并且作为结果，量子产率(QY)下降。大多数丙烯酸酯聚合物体系对氧是至少略微可透过的。而且，丙烯酸酯聚合物在高温下以及当暴露于紫外照射和氧化剂时趋于降解。聚硅氧烷(无机的、基于硅的聚合物)对热、UV照射和氧化具有优异耐受性。聚硅氧烷的一个实例是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。多种官能团如丙烯酸酯和环氧树脂也可以结合到聚硅氧烷中，提供灵活性以制备具有许多所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备含有量子点(QD)的组合物的方法，所述方法包括：/n提供量子点群，所述量子点具有设置在其表面上的封端剂，所述封端剂选自由以下组成的组：膦类，氧化膦类，烷基膦酸类，烷基胺类，芳基胺类，吡啶类，长链脂肪酸类和噻吩类；/n将所述量子点群混合在包含含硅表面改性配体的液体中；/n将所述含硅表面改性配体粘附在封端的量子点群中的每一个的表面上，以形成表面配体改性的量子点群；以及/n将所述改性的量子点混合到含硅聚合物中以形成含有QD的组合物，/n其中将所述含硅表面改性配体粘附至所述量子点的所述表面包括将所述含硅表面改性配体插入所述封端剂中。/n

【技术特征摘要】
20140318 US 61/954,8601.一种制备含有量子点(QD)的组合物的方法，所述方法包括：
提供量子点群，所述量子点具有设置在其表面上的封端剂，所述封端剂选自由以下组成的组：膦类，氧化膦类，烷基膦酸类，烷基胺类，芳基胺类，吡啶类，长链脂肪酸类和噻吩类；
将所述量子点群混合在包含含硅表面改性配体的液体中；
将所述含硅表面改性配体粘附在封端的量子点群中的每一个的表面上，以形成表面配体改性的量子点群；以及
将所述改性的量子点混合到含硅聚合物中以形成含有QD的组合物，
其中将所述含硅表面改性配体粘附至所述量子点的所述表面包括将所述含硅表面改性配体插入所述封端剂中。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子点包含In、P、Zn和S的合金。


3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将交联剂和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿米尔卡·皮拉伊纳雷能，武贡笋，阮凯堂光，伊马德·纳萨尼，
申请(专利权)人：纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB