CN106497561A - 石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法及其在制备白光led器件中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法及其在制备白光LED器件中的应用。该方法采用自下而上的制备方法从有机小分子久洛利定合成石墨烯量子点，步骤简单，重复性高，量子产率17.7％，发射峰位于550nm，最佳激发位于450nm，适合应用于蓝光LED激发的白光照明。采用新型的碳基量子点为荧光粉，制造的白光LED显色指数高达88.6，流明效率达17.83lm/W，色坐标为(0.3317，0.3344)，与自然光色坐标相同，相关技术参数明显优于报道的碳基量子点研究结果。这种环境友好、低成本的新型石墨烯量子点有望在下一代LED白光照明技术中获得应用推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种荧光粉的制备方法及其在制备LED器件中的应用，特别是黄色荧光粉的制备方法及其在制备白光LED器件中的应用，应用于半导体照明技术领域。
背景技术
半导体白光照明技术具有成本低、寿命长、高效率、低能耗等优点，目前已经实现了小规模的商业化应用。该技术通常是利用高效率的蓝光LED芯片激发一层黄色荧光粉，通过蓝光和黄光的复合实现白光照明。根据这种白光照明原理，使用低成本、环境友好、高效率、和蓝光器件匹配的黄色荧光粉对推动该技术的大规模应用是关键所在。目前应用于白光照明LED的主流荧光粉是稀土基荧光粉及量子点基荧光粉，然而这些商用荧光粉成本高，显色指数低，大规模应用尚存在着资源短缺和环境不友好等问题。
近年来，碳基荧光材料作为一种新型的荧光试剂，因其抗光漂白能力强、生物毒性低、环境友好、易功能化、制备成本低等优点引起了人们的广泛关注。2010年，Wang等以聚乙二醇1500修饰的碳点，首次在碳基荧光材料中实现了白光发射。该器件的外量子效率约为0.08％，色坐标为(0.40,0.43)，显色指数为82。随后，Guo等采用解压光子晶体的方法制备了三种碳点，以其为荧光粉制备了三种器件，其色坐标分别为(0.19,0.28)，(0.45,0.44)和(0.34,0.37)。但现有技术利用碳基荧光材料制备的荧光试剂应用于白光发射的显色指数和流明效率还不够理想，所制备的白光器件还不能激发与自然光色坐标相同的白光，影响了其现实的推广应用。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法及其在制备白光LED器件中的应用，采用自下而上的制备方法合成黄色荧光的石墨烯量子点，发射峰在550nm，最佳激发位于450nm，适合应用于蓝光LED激发的白光照明。采用本发明碳基量子点为荧光粉，制造的白光LED显色指数高达88.6，流明效率达17.83lm/W，色坐标为(0.3317，0.3344)，与自然光色坐标相同，相关技术参数明显优于报道的研究结果。因此，本发明基于新型石墨烯量子点的白光照明技术有潜在的推广应用价值。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
a.将0.1～0.3g的久洛利定加入到10～30ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入1～3ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液至少10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为25～50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在180～230℃温度下反应至少12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
b.待在所述步骤a中制备的含有石墨烯量子点的产物溶液自然冷却后，将产物溶液从聚四氟乙烯高压反应釜中取出，再用孔径为220nm的滤膜进行过滤，将过滤后得到的滤液再转移到透析袋内，进行透析，再将透析液旋转蒸发烘干，最后得到黄色荧光的石墨烯量子点粉末。
一种应用本发明石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法进行制备白光LED器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
ⅰ.将0.1～0.3g的久洛利定加入到10～30ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入1～3ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液至少10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为25～50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在180～230℃温度下反应至少12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
ⅱ.待在所述步骤ⅰ中制备的含有石墨烯量子点的产物溶液自然冷却后，将产物溶液从聚四氟乙烯高压反应釜中取出5～15ml，然后将5～15ml产物溶液旋转蒸发浓缩到1～3ml，再用孔径为220nm的滤膜进行过滤，将过滤后得到的滤液取出500μl加入到重量至少为2g的硅胶中，再用匀胶机进行搅拌至少15min，将滤液中的石墨烯量子点与硅胶充分混合，得到石墨烯量子点及硅胶的混合物；
ⅲ.将在所述步骤ⅱ中得到的石墨烯量子点及硅胶的混合物滴加在具有发射波长为400nm-480nm的光谱的蓝光芯片器件上，控制通入30mA的电流及在蓝光芯片器件上加入2.7V的工作电压，使滴加石墨烯量子点及硅胶的混合物的蓝光芯片器件发射白光，从而制成白光LED器件。优选将在所述步骤ⅱ中得到的石墨烯量子点及硅胶的混合物滴加在具有发射波长为450nm的光谱的蓝光芯片器件上，从而制成白光LED器件。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明采用自下而上的制备方法从有机小分子合成黄色荧光石墨烯量子点，而且步骤简单，重复性好，其量子产率也达到17.7％，且发射峰在550nm及激发峰在450nm；
2.本发明所制备的黄光石墨烯量子点应用于白光LED器件，其显色指数最高达到88.6，流明效率最高达到17.83lm/W，色坐标达到(x＝0.3317，y＝0.3344)。
附图说明
图1为及本发明实施例一制备的石墨烯量子点的TEM图片和HRTEM图片，其中图a)为本发明实施例一制备的石墨烯量子点的TEM图片，图b)为本发明实施例一制备的石墨烯量子点的HRTEM图片。
图2为本发明实施例一制备的石墨烯量子点的X射线衍射图谱。
图3为本发明实施例一制备的石墨烯量子点的乙醇溶液的紫外可见吸收光谱。
图4为本发明实施例一制备的石墨烯量子点的乙醇溶液的在550nm波长激发下检测的荧光激发光谱和450nm波长激发下检测的荧光激发光谱。
图5为用本发明实施例一制备的石墨烯量子点的白光器件的色坐标图及器件发光照片。
图6为采用本发明实施例一制备的石墨烯量子点的白光器件的光谱图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1～4，一种石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
a.将0.3g的久洛利定加入到30ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入3ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在200℃温度下反应12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
b.待在所述步骤a中制备的含有石墨烯量子点的产物溶液自然冷却后，将产物溶液从聚四氟乙烯高压反应釜中取出，再用孔径为220nm的滤膜进行过滤，将过滤后得到的滤液再转移到透析袋内，进行透析，再将透析液旋转蒸发烘干，最后得到黄色荧光的石墨烯量子点粉末。
在本实施例中，参见图5和图6，一种应用本实施例石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法进行制备白光LED器件的方法，包括如下步骤：
ⅰ.将0.3g的久洛利定加入到30ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入3ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在200℃温度下反应12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
ⅱ.待在所述步骤ⅰ中制备的含有石墨烯量子点的产物溶液自然冷却后，将产物溶液从聚四氟乙烯高压反应釜中取出15ml，然后将15ml产物溶液旋转蒸发浓缩到3ml，再用孔径为220nm的滤膜进行过滤，将过滤后得到的滤液取出500μl加入到重量为2g的硅胶中，再用匀胶机进行搅拌15min，将滤液中的石墨烯量子点与硅胶充分混合，得到石墨烯量子点及硅胶的混合物；
ⅲ.将在所述步骤ⅱ中得到的石墨烯量子点及硅胶的混合物滴加在具有发射波长为450nm的光谱的蓝光芯片器件上，控制通入30mA的电流及在蓝光芯片器件上加入2.7V的工作电压，使滴加石墨烯量子点及硅胶的混合物的蓝光芯片器件发射白光，从而制成白光LED器件。
实验测试分析：
将本实施例制备的石墨烯量子点经仪器检测进行表征，其结果如下：
由图1可知，经200℃反应12h得到的石墨烯量子点平均粒径可达6.5nm左右，且分散性好。而且在高倍电镜观察下，其有明显的晶格条纹，晶格间距为0.21nm。由图2可知，石墨烯量子点的[002]晶面间距
将本实施例制备的石墨烯量子点配制成石墨烯量子点乙醇溶液，再经仪器检测进行表征，其结果如下：
由图3可知，石墨烯量子点的乙醇溶液在可见光区有很强的吸收峰。由图4可知，石墨烯量子点的乙醇溶液荧光光谱峰位为450nm处，从450nm波长激发下的荧光光谱可以看出石墨烯量子点在550nm处发射出强烈的黄光。通过实验测试分析，本实施例制备的石墨烯量子点的乙醇溶液在紫外灯照射下发射出强烈的黄光。
对应用本实施例制备的石墨烯量子点制备的白光器件的性能进行测试，其结果如下：
由图5可知，经滴加石墨烯量子点及硅胶的混合物的蓝光芯片器件制成的白光器件，向此白光器件通入30mA的电流及加入2.7V的工作电压下，该器件发射白光且色坐标为(x＝0.3317，y＝0.3344)。
由图6可知，经滴加石墨烯量子点及硅胶的混合物的蓝光芯片器件制成的白光器件，向此白光器件通入30mA的电流及加入2.7V的工作电压下，该器件的发射光谱覆盖400nm到800nm的可见光范围。
本实施例制备方法采用自下而上的制备方法从有机小分子久洛利定合成石墨烯量子点，步骤简单，重复性高，量子产率17.7％，发射峰位于550nm，最佳激发位于450nm，适合应用于蓝光LED激发的白光照明。采用本实施例制备的碳基量子点为荧光粉，制造的白光LED显色指数高达88.6，流明效率达17.83lm/W，色坐标为(0.3317，0.3344)，与自然光色坐标相同，相关技术参数明显优于报道的碳基量子点研究结果。这种环境友好、低成本的新型石墨烯量子点有望在下一代LED白光照明技术中获得应用推广。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
a.将0.1g的久洛利定加入到10ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入1ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为25ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在180℃温度下反应12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
b.本步骤与实施例一相同。
在本实施例中，一种应用本实施例石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法进行制备白光LED器件的方法，包括如下步骤：
ⅰ.将0.1g的久洛利定加入到30ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入3ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在200℃温度下反应12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
ⅱ.待在所述步骤ⅰ中制备的含有石墨烯量子点的产物溶液自然冷却后，将产物溶液从聚四氟乙烯高压反应釜中取出5ml，然后将5ml产物溶液旋转蒸发浓缩到1ml，再用孔径为220nm的滤膜进行过滤，将过滤后得到的滤液取出500μl加入到重量为2g的硅胶中，再用匀胶机进行搅拌15min，将滤液中的石墨烯量子点与硅胶充分混合，得到石墨烯量子点及硅胶的混合物；
ⅲ.将在所述步骤ⅱ中得到的石墨烯量子点及硅胶的混合物滴加在具有发射波长为400nm的光谱的蓝光芯片器件上，控制通入30mA的电流及在蓝光芯片器件上加入2.7V的工作电压，使滴加石墨烯量子点及硅胶的混合物的蓝光芯片器件发射白光，从而制成白光LED器件。
实验测试分析：
本实施例制备方法也采用自下而上的制备方法从有机小分子久洛利定合成石墨烯量子点，步骤简单，重复性高，量子点产率17.7％，适合应用于蓝光LED激发的白光照明。采用本实施例制备的碳基量子点为荧光粉，制造的白光LED显色指数为88.6，流明效率为17.83lm/W，色坐标为(0.3317，0.3344)，与自然光色坐标相同，相关技术参数优于报道的碳基量子点研究结果。这种环境友好、低成本的新型石墨烯量子点有望在下一代LED白光照明技术中获得应用推广。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
a.将0.1g的久洛利定加入到10ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入1ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为25ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在230℃温度下反应12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
b.本步骤与实施例一相同。
在本实施例中，一种应用本实施例石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法进行制备白光LED器件的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ⅱ.本步骤与实施例一相同；
ⅲ.将在所述步骤ⅱ中得到的石墨烯量子点及硅胶的混合物滴加在具有发射波长为480nm的光谱的蓝光芯片器件上，控制通入30mA的电流及在蓝光芯片器件上加入2.7V的工作电压，使滴加石墨烯量子点及硅胶的混合物的蓝光芯片器件发射白光，从而制成白光LED器件。
实验测试分析：
本实施例制备方法也采用自下而上的制备方法从有机小分子久洛利定合成石墨烯量子点，步骤简单，重复性高，量子点产率17.7％，适合应用于蓝光LED激发的白光照明。采用本实施例制备的碳基量子点为荧光粉，制造的白光LED显色指数为88.6，流明效率为17.83lm/W，色坐标为(0.3317，0.3344)，与自然光色坐标相同，相关技术参数优于报道的碳基量子点研究结果。这种环境友好、低成本的新型石墨烯量子点有望在下一代LED白光照明技术中获得应用推广。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法及其在制备白光LED器件中的应用的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将0.1～0.3g的久洛利定加入到10～30ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入1～3ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液至少10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为25～50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在180～230℃温度下反应至少12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
b.待在所述步骤a中制备的含有石墨烯量子点的产物溶液自然冷却后，将产物溶液从聚四氟乙烯高压反应釜中取出，再用孔径为220nm的滤膜进行过滤，将过滤后得到的滤液再转移到透析袋内，进行透析，再将透析液旋转蒸发烘干，最后得到黄色荧光的石墨烯量子点粉末。
2.一种应用权利要求1所述石墨烯量子点黄色荧光粉的制备方法进行制备白光LED器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
ⅰ.将0.1～0.3g的久洛利定加入到10～30ml乙醇溶液中，之后再向乙醇溶液中加入1～3ml乙酸，然后搅拌乙醇溶液至少10分钟，形成混合溶液，然后将混合溶液转入到容积为25～50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，在180～230℃温度下反应至少12h，得到含有石墨烯量子点的产物溶液；
ⅱ.待在所述步骤ⅰ中制备的含有石墨烯量子点的产物溶液自然冷却后，将产物溶液从聚四氟乙烯高压反应釜中取出5～15ml，然后将5～15ml产物溶液旋转蒸发浓缩到1～3ml，再用孔径为220nm的滤膜进行过滤，将过滤后得到的滤液取出500μl加入到重量至少为2g的硅胶中，再用匀胶机进行搅拌至少15min，将滤液中的石墨烯量子点与硅胶充分混合，得到石墨烯量子点及硅胶的混合物；
ⅲ.将在所述步骤ⅱ中得到的石墨烯量子点及硅胶的混合物滴加在具有发射波长为400nm-480nm的光谱的蓝光芯片器件上，控制通入30mA的电流及在蓝光芯片器件上加入2.7V的工作电压，使滴加石墨烯量子点及硅胶的混合物的蓝光芯片器件发射白光，从而制成白光LED器件。
3.根据权利要求2所述制备白光LED器件的方法，其特征在于：在所述步骤ⅲ中，将在所述步骤ⅱ中得到的石墨烯量子点及硅胶的混合物滴加在具有发射波长为450nm的光谱的蓝光芯片器件上，从而制成白光LED器件。
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