基于CsPbBr3熒光材料的柔性LED 燈絲制備研究

常州市第三中學 江蘇 常州 213017

1 引言

近年來,隨著白熾燈的退出,LED (Light Emitting Diode)燈絲因其與白熾燈的外形相似、光學性能相似甚至制備成本更低而成為市場熱點。目前市場上LED燈絲根據(jù)基底材料不同可分為硬燈絲和軟燈絲,其中硬燈絲的基底材料主要是藍寶石、陶瓷、玻璃和金屬,基底的導(dǎo)熱率不高,使得燈絲存在散熱不足現(xiàn)象,另外剛性材料的使用,限制了燈絲的設(shè)計性,不利于LED燈絲的推廣[1,2]。而柔性燈絲的是以銅箔覆合高分子薄膜為基底材料,可塑性較強滿足了市場需要更適合推廣[3,4]。

熒光體材料的選擇為柔性燈絲制備的另一核心環(huán)節(jié),近年來鈣鈦礦量子點熒光材料因具備發(fā)光效率高、帶隙可調(diào)、色純度高、載流子傳輸特性突出等優(yōu)異特性,可廣泛應(yīng)用于照明、顯示和激光等領(lǐng)域[5,6],備受業(yè)內(nèi)青睞,成為領(lǐng)域內(nèi)的研究前沿。鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)通式為:AMX3,其中A為CH3NH3、CH(NH2)2、Cs,M 為Pb、Sn、Ge,X為鹵族元素 Cl、Br、I。前期研究中主要以有機-無機雜化鉛基鹵化物為主,如CH3NH3PbX3、CH(NH2)2PbX3,但低的水熱穩(wěn)定性為制約上述有機-無機雜化材料發(fā)展的制約因素。于此,全無機鹵素鈣鈦礦CsPbX3量子點熒光材料應(yīng)運而生,其較有機-無機雜化材料具備更優(yōu)的水、熱穩(wěn)定性,為目前業(yè)內(nèi)的研究熱點。

目前,CsPbX3量子點熒光材料的制備方法主要包括旋涂技術(shù)、注入法、熱溶劑法、飽和析晶法等,其中飽和析晶法因具備常溫常壓、成本低廉、簡單易操作的優(yōu)點,備受研究人員青睞。本文首先采用室溫飽和析晶法合成高顯色性、性能穩(wěn)定的全無機鈣鈦礦CsPbBr3熒光材料,并制備成膠體。繼而結(jié)合倒裝封裝技術(shù)制備的藍光燈絲,通過點膠技術(shù)獲得可塑性強、光電性能優(yōu)異的CsPbBr3家用LED柔性燈絲。

2 實驗信息

2.1 CsPbBr3量子點熒光材料制備 首先將1 mmol CsBr加入5ml的DMSO(二甲基亞砜)中充分攪拌溶解制備銫前驅(qū)體,同時取1 mmol的PbBr2和0.2 mmol TOAB(四辛基溴化銨)充分溶解在3ml的甲苯中制備鉛前驅(qū)體。將得到的1ml銫前驅(qū)體注入到鉛前驅(qū)體中充分攪拌得到CsPbBr3量子點熒光材料,之后再以離心速率為6000r/min離心5min,倒出上清液留下沉淀物在40℃的烘干箱中進行干燥24h。

2.2 LED柔性燈絲的制備 取出干燥后的粉末研磨成均勻細小的顆粒,與商用AB膠進行充分攪拌,均勻的混合在AB膠中,其中A:B=1ml:4ml,之后進行離心,用點膠機涂覆在基于倒裝封裝技術(shù)制備的藍光LED燈絲上,迅速置于加熱平板上,施以100℃烘干處理,即可得到基于CsPbBr3熒光材料的LED柔性燈絲。

2.3 樣品性能表征 樣品的光激發(fā)用紫外線分析儀(365nm)進行肉眼觀察并拍照;光致激發(fā)光譜由愛丁堡公司的F-7000Fl熒光分光光度計測定;使用遠方HAAS-2000檢測所制燈絲的光電性能。

3 結(jié)果與討論

3.1 CsPbBr3量子點熒光材料性能表征 所制CsPbBr3量子點熒光材料實物圖如圖1a所示,在365nm紫外光照射下,所合成的產(chǎn)物激發(fā)呈現(xiàn)綠光,肉眼觀察可知其有較強的發(fā)光強度。從圖中可以看出,通過室溫飽和析晶法能夠合成出的CsPbBr3熒光材料產(chǎn)量較大,另外操作環(huán)境相對于之前常用的熱注入法要求更低,且步驟簡單、成本低,表明本文所用室溫飽和析晶法可以通過增大反應(yīng)比例可實現(xiàn)大批量生產(chǎn),適合商業(yè)化量產(chǎn)。

圖1b是樣品CsPbBr3量子點的光致發(fā)光光譜圖,通過測試發(fā)現(xiàn),樣品具有一個高度對稱的發(fā)光峰,中心波長位于523nm,查閱文獻可知樣品呈現(xiàn)的是綠光。CIE 色品圖是根據(jù)三基色(紅、綠、藍)匹配原理來規(guī)定一種顏色,利用坐標x,y來描述顏色,圖1c的CIE色品圖中的黑圈代表的是樣品CsPb-Br3量子點的顏色坐標,值為x=0.1619,y=0.7369,可以反映出樣品坐落于綠色區(qū)域,與上述光致發(fā)光光譜分析一致。

3.2 LED柔性燈絲性能表征 文中基于商用AB膠,將上述CsPbBr3量子點熒光材料制備成膠體,并結(jié)合點膠技術(shù)將膠體均勻涂覆于柔性藍光LED燈絲,通以電流后所制柔性燈絲即可激發(fā)獲得綠光。圖2a為基于CsPbBr3熒光材料制備的柔性LED燈絲實物圖,圖中可看出所獲柔性燈絲可隨意彎曲,可塑性強。在365nm的紫外光照射下,燈絲激發(fā)呈現(xiàn)綠光。圖2b為LED柔性燈絲在不同驅(qū)動電流下測試出的光致發(fā)光光譜,驅(qū)動電流不同,發(fā)光峰形狀未發(fā)生明顯變化,但出現(xiàn)隨著電流增大峰值強度出現(xiàn)增高的現(xiàn)象,具體的參數(shù)變化如表1所示。

圖1 a)CsPbBr3量子點熒光材料實物圖,b)光致發(fā)光光譜圖,c)CIE色品圖

圖2 a)LED柔性燈絲實物圖,b)不同驅(qū)動電流下LED柔性燈絲光致發(fā)光光譜圖

驅(qū)動電流從50、55增加到60mA時,點亮后的LED柔性燈絲的光通量分別為52.014、76.214和80.584lm,呈現(xiàn)驅(qū)動電流增大光通量上升的趨勢。積分強度的值分別為93.401、133.21、139.78,呈增大趨勢。色純度保持在90%以上,半波寬則表現(xiàn)出減小的趨勢。這表明隨著電流強度的增大,所制備的燈絲光電性能增加。

4 總結(jié)

本文利用飽和析晶法制備出全無機鈣鈦礦CsPbBr3量子點熒光材料,并與基于倒裝封裝技術(shù)制備的藍光LED燈絲結(jié)合,制備CsPbBr3綠光LED柔性燈絲,同時研究了量子點的熒光特性與柔性燈絲的光電特性。結(jié)果表明合成的熒光材料波長位于523nm,色坐標位于(0.1619,0.7369)綠色區(qū)域。所制柔性LED燈絲形狀可塑性強,在驅(qū)動電流變大的情況下光通量、積分強度均呈增大趨勢,色純度則高達94.3%,半波寬窄至24.3nm。本文涉及的工藝操作簡單、成本低廉,利于產(chǎn)業(yè)化進程,所制CsPbBr3柔性LED燈絲性能優(yōu)異,有望用于家用照明市場。