CN107033885A - 一种石墨烯量子点的制备方法及其在光致发光二极管中的运用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯量子点的制备方法及其在光致发光二极管中的运用，采用氧化石墨发还原法制备出一种高性能的石墨烯，通过一步合成石墨烯量子点包覆氧化锌的核壳结构量子点。该制备方法与现有技术相比材料价格低廉，生产工艺简单、可控，并能实现大规模生产；得到核壳结构量子点分散均匀、尺寸粒径小、壳层较薄；PL发射峰位于350‑370nm蓝紫外光处，荧光发光峰较窄、强度较高，该量子点在光致发光二极管中有较好的运用。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯量子点的制备及其在光致发光二极管中的运用，属于材料及光电技术领域。
背景技术
量子点发光二极管因其色彩还原高、耗能低、成本低等一系列优点，有望用于新一代的照明及显示器件。作为无机多功能材料中重要的一员，ZnO纳米材料在许多领域都具有重要实用价值和基础科学研究意义。例如，ZnO的四配位结构可以用来研宄由极化作用诱导的压电性质，还可以对ZnO量子点的电子自旋进行研究来揭示半导体量子点在信息处理（量子计算器）方面的应用。同时，ZnO纳米材料在气敏元件、染料敏化太阳能电池的电极、荧光材料和薄膜场效应二极管等方面具有广泛的应用。不同形貌、形状的氧化锌纳米材料在发光器件、生物荧光标记、染料太阳能电池、力学传感器和纳米发电机等领域有极大应用。
氧化锌材料安全、无毒，较高的激子束缚能大大提高了氧化锌材料的的激发和发射性能，降低了室温下的激发阈值。但是与体材料相比，量子点尺寸小，具有非常高的比表面积，导致了晶体表面的不饱和键和悬键数量增加，一定程度上限制了器件的发光效率。石墨烯量子点 作为发光二极管中的一种新型材料，不仅具有石墨烯的优异性能，还因量子限域和边效应展现出一系列新的特性。同时，石墨烯量子点还是零带隙半导体材料，做为修饰用的壳层材料对于核壳量子点材料的研究有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯量子点的制备方法及其在发光二极管中的运用，该方法制备工艺简单，可大规模生产，制备的量子点单分散性好、发光性能优异。
本发明的技术方案，一种石墨烯量子点的制备方法，其特征在于方法步骤如下：
（1）在低温水浴和搅拌的条件下，取一定量的天然石墨粉，再依次加入硝酸钠、浓度96% 的浓硫酸和高锰酸钾，石墨粉与上述反应物的质量比为 10:3-1:42-25:1-39:2，反应物在低温条件下加料完成，搅拌 3.5h ；然后加热至 45 ℃，反应 60min，随后继续升温至100 ℃反应 20-30 min，加入一定量的去离子水进行稀释，去离子水与石墨粉的质量比为60-70:1，最后加入浓度为 10 % 的双氧水，使反应液呈金黄色，双氧水与石墨粉的质量比为 10-15:1 ；将最终产物过滤、洗涤呈中性，65 ℃烘干，制得氧化石墨块。
（2）取一定量上述氧化石墨溶于去离子水中，超声振荡2h，形成氧化石墨烯水溶液，再加入等量的氨水溶液，在密闭条件下 200 ℃下反应 12 h，得到的棕黄色溶液，用 滤纸过滤，即得到石墨烯量子点水溶液取，即溶液1。
（3）将10m乙酸锌的前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上室温搅拌，然后将0.5ml新配制的浓度为0.5M的NaOH的无水乙醇溶液快速注入到反应溶液中，并开始计时。在特定的反应时间后取出一定量的反应溶液并立即用冰水浴冷却，即溶液2。
（4）取（2）中制备的溶液1和（3）中制备的溶液2在120℃下加热3h, 得最终产物，离心洗涤，干燥，即得石墨烯量子点包覆氧化锌的核壳结构量子点。
本发明所述的石墨烯量子点的制备方法在光致发光二极管中的运用，其特征在于：得到量子点重新分散道康宁硅胶OE6550中混合得到光转换材料，并将量子点与硅胶混合材料涂覆在460nm蓝色氮化镓LED芯片上制备光致发光二极管。
具体实施方式
一种石墨烯量子点的制备方法，方法如下：
（1）在低温水浴和搅拌的条件下，取一定量的天然石墨粉，再依次加入硝酸钠、浓度96% 的浓硫酸和高锰酸钾，石墨粉与上述反应物的质量比为 10:3-1:42-25:1-39:2，反应物在低温条件下加料完成，搅拌 3.5h ；然后加热至 45 ℃，反应 60min，随后继续升温至100 ℃反应 20-30 min，加入一定量的去离子水进行稀释，去离子水与石墨粉的质量比为60-70:1，最后加入浓度为 10 % 的双氧水，使反应液呈金黄色，双氧水与石墨粉的质量比为 10-15:1 ；将最终产物过滤、洗涤呈中性，65 ℃烘干，制得氧化石墨块 。将大的石墨烯破碎，再经水热处理增强其光电性能。将石墨烯分散在水相分散液中，配成 3.0 mg/mL 的的石墨烯溶液。 取将石墨烯溶液倒入石英烧杯中， 用一束半峰宽为10 nm波长为1064 nm的脉冲激光（倍频周期钕掺杂钇铝石榴石激光器，激光频率为 10 Hz，单个脉冲能量为35 μJ）持续扫射装有石墨烯的烧杯，激光器会因其共振而使得产生的激光能量分布不稳定，引入一空间频率滤波器可以消除这种影响，让其能量呈现高斯分布。用一焦距为 400 mm 的凸透镜聚焦激光，激光束的辐照度约为20 μm。将烧杯放在一个可移动的三维平台上，移动平台使烧杯处 于焦距位置，让激光照射比色皿上的某一个点，每个点获得 10 个入射脉冲后，保持焦距不变的情况下移动平台使得脉冲激光均匀的扫射到整个比色皿上。同时 在比色皿中放入一搅拌子不断搅拌，确保石墨烯在脉冲辐射的整个过程均匀分散 在溶液中，然后将其50℃烘干。
（2）取一定量上述氧化石墨溶于去离子水中，持续脉冲激光辐射 4 min 后石墨烯溶液由黑色逐渐变成淡黄色，停止辐射，此时得到不同尺寸的非片状石墨烯， 其中尺寸最小的那一部分即为目标粗产物。将粗产物移入离心管中，6000 rmp离心分离，得上层淡黄色清液。取上清液用 去离子水稀释至60 mL，用NaOH调节pH值为9，将溶液移入100 mL反应釜中，150℃水热反应12 h，得到深黄色溶液，超声振荡2h，形成氧化石墨烯水溶液，再加入等量的氨水溶液，在密闭条件下 200 ℃下反应 12 h，得到的棕黄色溶液，用滤纸过滤，即得到石墨烯量子点水溶液取，即溶液1。
（3）将10m乙酸锌的前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上室温搅拌，然后将0.5ml新配制的浓度为0.5M的NaOH的无水乙醇溶液快速注入到反应溶液中，并开始计时。在特定的反应时间后取出一定量的反应溶液并立即用冰水浴冷却，即溶液2。
（4）取（2）中制备的溶液1和（3）中制备的溶液2在120℃下加热3h, 得最终产物，离心洗涤，干燥，即得石墨烯量子点包覆氧化锌的核壳结构量子点。
（5）最终将得到的量子点重新分散道康宁硅胶OE6550中混合得到光转换材料，并将量子点与硅胶混合材料涂覆在460nm蓝色氮化镓LED芯片上制备光致发光二极管；最后，将制备的光致发光二极管放置在真空炉中100℃下退火30min干燥，再于150℃下加热固化100min，最终制备得到光致发光二极管。
Claims (2)
1.一种石墨烯量子点的制备方法，其特征步骤在于：
（1）在低温水浴和搅拌的条件下，取一定量的天然石墨粉，再依次加入硝酸钠、浓度96% 的浓硫酸和高锰酸钾，石墨粉与上述反应物的质量比为 10:3-1:42-25:1-39:2，反应物在低温条件下加料完成，搅拌 3.5h ；然后加热至 45 ℃，反应 60min，随后继续升温至100 ℃反应 20-30 min，加入一定量的去离子水进行稀释，去离子水与石墨粉的质量比为60-70:1，最后加入浓度为 10 % 的双氧水，使反应液呈金黄色，双氧水与石墨粉的质量比为 10-15:1 ；将最终产物过滤、洗涤呈中性，65 ℃烘干，制得氧化石墨块；
（2）取一定量上述氧化石墨溶于去离子水中，超声振荡2h，形成氧化石墨烯水溶液，再加入等量的氨水溶液，在密闭条件下 200 ℃下反应 12 h，得到的棕黄色溶液，用滤纸过滤，即得到石墨烯量子点水溶液取，即溶液1；
（3）将10m乙酸锌的前驱体溶液在数显智能控温磁力搅拌器上室温搅拌，然后将0.5ml新配制的浓度为0.5M的NaOH的无水乙醇溶液快速注入到反应溶液中，并开始计时；在特定的反应时间后取出一定量的反应溶液并立即用冰水浴冷却，即溶液2；
（4）取（2）中制备的溶液1和（3）中制备的溶液2在120℃下加热3h, 得最终产物，离心洗涤，干燥，即得石墨烯量子点包覆氧化锌的核壳结构量子点。
2.根据权利要求1所述的石墨烯量子点的制备方法在光致发光二极管中的运用，其特征在于：得到量子点重新分散道康宁硅胶OE6550中混合得到光转换材料，并将量子点与硅胶混合材料涂覆在460nm蓝色氮化镓LED芯片上制备光致发光二极管。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109941988A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-06-28 | 铜仁学院 | 一种石墨烯量子点的制备方法及应用和包含其的器件或装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103361044A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-23 | 东南大学 | 一种氧化石墨烯片包裹氧化锌量子点核壳结构的制备方法 |
| CN103965867A (zh) * | 2014-04-09 | 2014-08-06 | 上海大学 | 一种qd-led用石墨烯量子点包覆氧化锌的核壳结构量子点的制备方法 |
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2017
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| CN109941988A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-06-28 | 铜仁学院 | 一种石墨烯量子点的制备方法及应用和包含其的器件或装置 |
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