一种增强纳米晶体发光性能的封装结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种增强纳米晶体发光性能的封装结构及其制备方法，包括由里到外依次设置的发光层，谐振腔和封装层，所述最里层发光层是纳米晶体，中间层谐振腔是由若干个相互独立的金属氧化物空腔构成，最外层封装层是透明高分子聚合物。以纳米球为辅助化学模板加工纳米谐振腔是一种灵活、低成本和大规模的制备方法。特殊的结构和周期模式赋予材料独特的光

【技术实现步骤摘要】
一种增强纳米晶体发光性能的封装结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电子材料制备领域，尤其涉及一种增强纳米晶体发光性能的封装结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]显示技术深刻改变了人们的生活方式，被广泛认为是现代社会不可或缺的一部分(Nat.Mater.2015,14,454；Light Sci.Appl.2018,7,17168)。目前，市场上的主流显示技术主要基于液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器。尽管LCD在寿命、成本、分辨率密度和峰值亮度方面与OLED显示器相比处于领先地位，但随着对更真实、低能耗图像呈现的需求也急剧增长，宽色域和出色色彩再现的性能也受到了考验(Adv.Mater.2010,22,3076)。目前，传统的商业显示器背光通常依赖蓝光LED和Ce:YAG黄色荧光粉，它们产生的黄色光谱太宽，无法转换为高度饱和的RGB原色(Prog.Mater.Sci.2016,84,59)。或者，组合使用绿色β
‑
Sialon:Eu
2+
和红色K2SiF6:Mn
4+
(KSF)磷光体，尽管红色和绿色发射光谱很好地分离，但绿色光谱相当宽，红色光谱不够深(Appl.Phys.Express 2009,2,022401；Opt.Express 2015,23,28707)。
[0003]与传统的量子点材料如CdSe和InP相比，全无机钙钛矿纳米晶(PeNCs)(CsPbX3(X＝Cl、Br或I))由于其优异的光学性能(如显色纯度和可调带隙)、易于合成和高缺陷容限，被认为是下一代背光显示器最有希望的候选材料之一(Chem.Eng.J.2022,433,133195；ACS Energy Lett.2021,6,519；Adv.Funct.Mater.2022,32,2113010)。但PeNC薄膜发光效率低仍是其商业化过程中亟待解决的问题(Chem.Eng.J.2020,393,124767；Nano Lett.2018,18,1185)。虽然纳米图案化薄膜可以改善其发光效率，但工艺的实现不可避免地依赖于电子束光刻(EBL)和聚焦离子束(FIB)等技术，面临着制造面积、成本和加工复杂性方面的障碍(Adv.Opt.Mater.2021,9,2001474)。此外，PeNC薄膜的不稳定性也是实际应用的瓶颈(Soc.Rev.2019,48,310；Adv.Mater.2019,31,1804294)。当PeNC长时间暴露在外部环境中时，湿度、光、温度和氧气等各种因素都会导致纳米晶的降解和严重的光致发光(PL)猝灭(Adv.Funct.Mater.2021,31,2008211)。

技术实现思路

[0004]技术问题：有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种增强纳米晶体发光性能的封装结构及其制备方法。特定的结构和周期图案赋予材料独特的光
‑
物质相互作用，对提高器件的光电性能具有重要影响。值得一提的是，纳米谐振腔制造工艺避免了复杂、耗时和昂贵的工艺流程，为实验室以外的进一步商业化奠定了基础。
[0005]技术方案：本专利技术的一种增强纳米晶体发光性能的封装结构包括由里到外依次设置的发光层，谐振腔和封装层，所述最里层的发光层是纳米晶体，中间层的谐振腔是由若干个相互独立的金属氧化物空腔构成，最外层的封装层是透明高分子聚合物，当纳米晶体的发射波长与谐振腔匹配时形成共振，耦合系统的发光显著增强，高分子聚合物起到保护和
稳定纳米晶体的作用。
[0006]其中，
[0007]所述谐振腔的形状为半球形、锥形、倒金字塔形、多边体状或桶状。
[0008]所述纳米晶体为CdS、CdSe、CdTe、ZnSe、InP、InA传统纳米晶与钙钛矿纳米晶中任意一种或其组合。
[0009]所述钙钛矿纳米晶为具有通式ABX3的金属卤化物钙钛矿，其中A位阳离子包括MA
+
(CH3NH
3+
)、FA
+
([(NH2)2CH]+
)和Cs
+
；B位主要是Pb
2+
，或使用不同的金属离子Sr
2+
、Zn
2+
、Ni
2+
、Mn
2+
、Cd
2+
、Sn
2+
、Co
2+
、Eu
3+
、Er
3+
、Yb
3+
、Bi
3+
部分或完全取代Pb
2+
；X＝Cl、Br、I。
[0010]本专利技术的增强纳米晶体发光性能的封装结构的制备方法具体包括以下步骤：
[0011]步骤1，在基板上组装二维致密纳米球阵列并进行干法刻蚀处理；
[0012]步骤2，将金属氧化物溶胶沉积于刻蚀过的纳米球阵列间，通过去除纳米球并结晶金属氧化物框架，形成纳米谐振腔；
[0013]步骤3，将纳米晶体或其前驱液与高分子聚合物的混合物涂覆在含有纳米谐振腔的基板上，加热促进溶剂蒸发和纳米晶体生长；
[0014]步骤4，从基板上剥离以获得独立的纳米晶复合薄膜即增强纳米晶体发光性能的封装结构。
[0015]所述二维致密纳米球阵列的组装是重力自组装法、Langmuir
‑
Blodgett沉积、旋涂、电泳沉积、垂直沉积法或利用微推进注射MPI系统中任意一种。
[0016]所述纳米晶复合薄膜，其光致发光光谱分别具有400
‑
500nm、500
‑
600nm、600
‑
700nm波长，其中，
[0017]所述纳米晶复合薄膜光致发光光谱在400
‑
500nm波长时，选用的所述纳米球为：直径300
‑
370nm、浓度2.5
‑
5wt％的聚苯乙烯球；
[0018]所述纳米晶复合薄膜光致发光光谱在500
‑
600nm波长时，选用的所述纳米球为：直径370
‑
450nm、浓度2.5
‑
5wt％的聚苯乙烯球；
[0019]所述纳米晶复合薄膜光致发光光谱在600
‑
700nm波长时，选用的所述纳米球为：直径450
‑
530nm、浓度2.5
‑
5wt％的聚苯乙烯球。
[0020]所述的干法刻蚀处理，选用感应耦合等离子刻蚀机完成蚀刻，选用功率为100
‑
150W，并向所述感应耦合等离子刻蚀机内通入氧气与氩气，气流量为20
‑
50sccm，其中，
[0021]所述纳米晶复合薄膜光致发光光谱在400
‑
500nm波长时，刻蚀时间为5
‑
9s，
[0022]所述纳米晶复合薄膜光致发光光谱在500
‑
600本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强纳米晶体发光性能的封装结构，其特征在于：包括由里到外依次设置的发光层，谐振腔和封装层，所述最里层的发光层是纳米晶体，中间层的谐振腔是由若干个相互独立的金属氧化物空腔构成，最外层的封装层是透明高分子聚合物，当纳米晶体的发射波长与谐振腔匹配时形成共振，耦合系统的发光显著增强，高分子聚合物起到保护和稳定纳米晶体的作用。2.根据权利要求1所述的一种增强纳米晶体发光性能的封装结构，其特征在于，所述谐振腔的形状为半球形、锥形、倒金字塔形、多边体状或桶状。3.根据权利要求1所述的一种增强纳米晶体发光性能的封装结构，其特征在于，所述纳米晶体为CdS、CdSe、CdTe、ZnSe、InP、InA传统纳米晶与钙钛矿纳米晶中任意一种或其组合。4.根据权利要求3所述的一种增强纳米晶体发光性能的封装结构，其特征在于，所述钙钛矿纳米晶为具有通式ABX3的金属卤化物钙钛矿，其中A位阳离子包括MA
+
(CH3NH
3+
)、FA
+
([(NH2)2CH]
+
)和Cs
+
；B位主要是Pb
2+
，或使用不同的金属离子Sr
2+
、Zn
2+
、Ni
2+
、Mn
2+
、Cd
2+
、Sn
2+
、Co
2+
、Eu
3+
、Er
3+
、Yb
3+
、Bi
3+
部分或完全取代Pb
2+
；X＝Cl、Br、I。5.一种如权利要求1所述的增强纳米晶体发光性能的封装结构的制备方法，其特征在于，该制备方法具体包括以下步骤：步骤1，在基板上组装二维致密纳米球阵列并进行干法刻蚀处理；步骤2，将金属氧化物溶胶沉积于刻蚀过的纳米球阵列间，通过去除纳米球并结晶金属氧化物框架，形成纳米谐振腔；步骤3，将纳米晶体或其前驱液与高分子聚合物的混合物涂覆在含有纳米谐振腔的基板上，加热促进溶剂蒸发和纳米晶体生长；步骤4，从基板上剥离以获得独立的纳米晶复合薄膜即增强纳米晶体发光性能的封装结构。6.根据权利要求5所述的增强纳米晶体发光性能的封装结构的制备方法，其特征在于，所述二维致密纳米球阵列的组装是重力自组装法、Langmuir
‑
Blodgett沉积、旋涂、电泳沉积、垂直沉积法或利用微推进注射MPI系统中任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴之海，夏军，张易晨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：