CN107064022B - 一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置及方法，装置包括蓝光或紫外LED照明光源，设置在蓝光或紫外LED照明光源上的空心圆柱体，设置在空心圆柱体中间的镀有量子点薄膜的透明薄片，环绕在空心圆柱体上的电阻丝，内插在电阻丝和空心圆柱体外表面之间的万用表温度探头，固定在空心圆柱体顶端的光电探头。点亮LED照明光源后利用电阻丝加热空心圆柱体内的量子点薄膜，利用光电探头采集经过LED照明光源照射量子点膜所形成的发光光源的信号，根据获得的不同温度下量子点的发光光谱等发光特性参数，获得量子点的发光光谱等随温度变化的规律。

Description

一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置及方法

技术领域

本发明涉及测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置及方法，特别涉及一种可实现测量多种量子点发光光谱随温度变化规律的装置。

背景技术

量子点是把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。量子点的电子运动在三维空间都受到了限制，因此有时被称为“人造原子”、“超晶格”、“超原子”或“量子点原子”，是20世纪90年代提出来的一个新概念。这种约束可以归结于静电势(由外部的电极、掺杂、应变、杂质产生)，两种不同半导体材料的界面(例如：在自组量子点中)，半导体的表面(例如：半导体纳米晶体)，或者以上三者的结合。量子点具有分离的量子化的能谱。所对应的波函数在空间上位于量子点中，但延伸于数个晶格周期中。一个量子点具有少量的(1-100个)整数个的电子、空穴或空穴电子对，即其所带的电量是元电荷的整数倍。

量子点又可称为纳米晶，是一种由II－VI族或III－V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1～10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。基于量子效应，量子点在太阳能电池，发光器件，光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。科学家已经发明许多不同的方法来制造量子点，并预期这种纳米材料在二十一世纪的纳米电子学(nanoelectronics)上有极大的应用潜力。

目前市场上量子点照明和显示产品的性能都或多或少的受温度变化的影响：随着温度的升高，量子点发光光谱会红移，发光强度也会减弱；温度过高，量子点发光会失效。因此，测量量子点发光光谱随温度的变化的规律很有意义，可以研究温度对量子点的发光特性是如何产生影响的。目前，尚未见到测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置及方法的报道。现有的积分球尽管可以用于测量发光光谱，但是，积分球不易加温和控制温度，制作成本高，不适合于不同温度下量子点发光光谱的快速、准确检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置及方法，可以得到量子点发光特性随温度变化的规律。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置，该装置包括激发光源、光谱检测模块、加热电阻丝、温度检测模块以及导热空心柱体，所述加热电阻丝以及温度检测模块的温度探头设置在导热空心柱体上，激发光源设置在导热空心柱体的一端，光谱检测模块的光电探头设置在导热空心柱体的另一端，导热空心柱体内设置有用于固定量子点的导热透光片，导热透光片与导热空心柱体接触，导热透光片与所述光电探头以及激发光源之间分别通过气体阻热层间隔。

所述激发光源采用LED光源，导热空心柱体的一端设置在LED光源的散热基板上。

所述导热空心柱体与LED光源的散热基板之间设置有隔热板，或者，所述导热空心柱体上加热电阻丝的设置位置与所述导热透光片的设置位置对应。

所述导热空心柱体采用分体结构，由内部相连通的两段拼接而成，导热透光片设置于两段之间。

所述激发光源选自蓝光或紫外光源；导热透光片采用玻璃、晶体或塑料制成；所述气体选自空气；所述温度检测模块采用万用表或温度计，所述光谱检测模块选自光谱仪。

所述装置还包括与所述加热电阻丝相连的可调节电压的电源。

一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的方法，包括以下步骤：

1)制备LED光源作为激发光源；

2)在导热透光片上制备量子点膜，然后将导热透光片装夹在两个开口相对的导热筒体之间，得到内部固定有量子点膜的导热空心柱体；

3)将所述导热空心柱体的一端固定在所述LED光源的散热基板上，将光电探头固定在导热空心柱体的另一端；

4)点亮所述LED光源后，利用电阻丝加热所述导热空心柱体至预设温度，然后利用光电探头采集经所述LED光源照射量子点膜所形成的发光光源的信号；

5)利用电阻丝多次调节所述导热空心柱体的温度，再按照步骤4)采集对应温度下的发光光源的信号；

6)经过步骤5)后，根据光电探头采集的发光光源的信号，得到对应量子点在不同温度下的发光光谱，从而归纳出该量子点的发光光谱随温度变化的规律。

所述量子点膜采用喷涂、旋涂、喷墨打印或丝网印刷方法制成。

所述发光光源选自由蓝光或紫外光激发量子点所形成的白光、单色光或复色光。

所述导热空心柱体的一端与所述LED光源之间设置有隔热板，或者，所述导热空心柱体上电阻丝的加热位置与量子点膜的固定位置对应(前者位于外表面，后者位于内表面)。

本发明的有益效果体现在：

本发明是测量量子点发光光谱随温度变化规律的装置和方法，基于热传导的原理，并通过气体阻热层的设置，可以以导热空心柱体作为调节量子点温度的直接实施对象，实现对于量子点温度的快速、准确调节和控制，具有成本低、容易实现的优势，可用于研究量子点的发光特性随温度变化的规律，为制造量子点发光器件和显示器件提供有效的参考，也为解决目前量子点发光器件与温度变化有关的问题提供依据。

进一步的，通过采用LED光源，利用其发热量低，散热能力强以及发光特性稳定的优势，提高测量的准确性和可靠性。

进一步的，通过采用隔热板，使电阻丝的热量不会或尽量避免传递至LED光源的散热基板而耗散，提高了测量中温度调节的速度，而利用LED光源的散热基板与导热空心柱体直接接触，则可以获得更稳定的温度控制。

进一步的，通过对导热空心柱体进行分体设计，方便装置的组装和测量实施，缩短测量过程时间。

附图说明

图1为测量量子点发光光谱随温度变化规律的装置的结构示意图；

图2为紫外光或蓝光LED光源；

图3为装置检测结果示意图之一，图中：横轴是温度(℃)、纵轴是量子点发出的630nm红光波长的相对光强；

图4为装置检测结果示意图之二，图中：横轴是波长(nm)、纵轴是红光和蓝光的相对光强；

图中：1为铝基板，2为LED芯片组，3为空心圆柱体，4为电阻丝，5为透明薄片，6为温度探头，7为光电探头，8为引线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述，所述是对本发明的解释，而不是限定。

如图1所示，本发明所述测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置，包括COB封装的蓝光或紫外LED照明光源、空心圆柱体3、电阻丝5、温度探头6以及光电探头7。所述LED照明光源包括铝基板1、固晶于铝基板1上的发射蓝光或紫外光的LED或LED芯片组2以及与LED或LED芯片组2相连的引线8，COB封装可直接把多颗LED芯片固晶于铝基板上，提高散热效率，实现良好的散热。铝基板1固定在空心圆柱体3的下端，使铝基板1上的LED或LED芯片组2嵌入在空心圆柱体3下端内，在铝基板1与空心圆柱体3的下端之间可加入分隔板，阻隔热量传递，引线8从铝基板1上引出，被空心圆柱体3压着，即铝基板1对空心圆柱体3下端进行了覆盖，光电探头7固定在空心圆柱体3的上端，用于采集空心圆柱体3内的光信号，光电探头7连接着光谱仪。空心圆柱体3内部固定有透明薄片5(导热材料制成，可以是塑料、玻璃或晶体等)，该透明薄片上根据实验检测需要预先镀有含有不同浓度、粒径或种类的量子点的薄膜，将量子点固定在透明薄片上，能够把LED照明光源发出的蓝光或紫外光转换为白光、单色或复色光，即通过激发量子点形成发光光源(由光电探头检测)。透明薄片5与光电探头7以及铝基板1之间存在间隔，其中的空气完成阻热作用。空心圆柱体3外壁上与透明薄片5相对应的位置处缠绕有电阻丝4(铁铬铝合金、镍铬合金或其他材料类型的电热丝)，电阻丝4(通过热传导)用于加热空心圆柱体3内的透明薄片5，可根据实验需要调节透明薄片5的温度(即调节量子点的温度，例如20～100℃)，并通过夹于电阻丝4与空心圆柱体3之间的温度探头6检测温度，温度探头7可以是万用表形式，也可以是温度计等形式。

参见图2，所述LED芯片组2中各个LED芯片通过金线和铜箔电路串联成矩阵形式，并固晶于铝基板1上，通过引线8与外部电路连接，例如与220V交流转直流的电源连接。

所述空心圆柱体3可以采用分体结构，由内部相连通的两段拼接而成，透明薄片5装夹于两段之间，方便透明薄片5的固定和更换。空心圆柱体3可以采用金属、陶瓷或其它有导热能力且不透光的材料制成。

测量量子点的发光光谱随温度变化规律的方法，包括以下步骤：

1.铝基板导入：按要求加工铝基板，经清洗、烘干备用；

2.芯片检验：检验LED芯片的极性、电极大小以及芯片尺寸大小是否符合工艺要求，材料表面是否有机械损伤；

3.固晶：利用AD8930自动固晶机在加工好的铝基板上进行固晶，即固定芯片；

4.焊线：利用Eagle60自动焊线机进行焊线，即焊接金线；

5.检测：检查焊线部分是否有漏焊、断线等情况，以确保LED芯片之间连接状态良好；

6.点胶：在常温下，利用点胶机在铝基板上点围坝胶，然后在120-130℃条件下固化1-1.5小时；

7.封装及固化：将搅拌均匀的硅胶涂覆在围坝胶所围的区域内，完全覆盖住LED芯片；接着，将上述得到的器件在120-130℃条件下固化2-2.5小时；

8.旋涂量子点薄膜：分别将不同种类的量子点溶液(溶剂：正己烷、甲苯等)和PMMA的丙酮溶液混合，使用旋涂机在不同透明薄片上分别旋涂以上得到混合溶液，通过转速调节控制膜厚，然后放到烘箱里于55-60℃条件烘烤0.8-1小时，即制作完成光转换器件(即镀有量子点薄膜的透明薄片)；

9.光转换器件的安装：将光转换器件粘卡在两个开口相对的导热圆筒之间，形成内部固定有量子点薄膜的空心圆柱体3，将空心圆柱体3下端固定在铝基板1上，并使LED芯片嵌入至空心圆柱体3内；

10.温度的控制：将电阻丝4缠在空心圆柱体3外壁上对应固定量子点薄膜的位置，并将电阻丝连接至能调节高压的电源(因为调节高压的电源能给量子点薄膜加到高温，例如100℃)，在空心圆柱体3和电阻丝4之间插入万用表的温度探头6，用万用表计量缠绕电阻丝4处空心圆柱体3的温度；

11.测试：将光电探头7插入空心圆柱体3的上端内，并连接光谱仪，点亮LED芯片，测量量子点的发光光谱。通过调节和控制电阻丝温度，实现在不同温度下测量量子点的发光光谱。

参见图3以及图4，从测量结果上看，本发明的优势是装置简单、易操作、结果准确，可以用于快速、准确检测量子点在不同温度下的发光光谱。

Claims (6)

1.一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置，其特征在于：该装置包括激发光源、光谱检测模块、加热电阻丝（4）、温度检测模块以及导热空心柱体，所述加热电阻丝（4）以及温度检测模块的温度探头（6）设置在导热空心柱体上，激发光源设置在导热空心柱体的一端，光谱检测模块的光电探头（7）设置在导热空心柱体的另一端，导热空心柱体内设置有用于固定量子点的导热透光片，导热透光片与导热空心柱体接触，导热透光片与所述光电探头（7）以及激发光源之间分别通过气体阻热层间隔；所述装置还包括与所述加热电阻丝（4）相连的可调节电压的电源；所述激发光源采用LED光源，导热空心柱体的一端设置在LED光源的散热基板上，使散热基板上的LED光源嵌入在导热空心柱体内，散热基板对导热空心柱体对应端部进行了覆盖；

所述导热空心柱体与LED光源的散热基板之间设置有隔热板，所述导热空心柱体上加热电阻丝（4）的设置位置与所述导热透光片的设置位置对应；加热电阻丝通过热传导调节导热透光片的温度，即调节量子点的温度，并通过夹于加热电阻丝与导热空心柱体之间的温度探头检测温度。

2.根据权利要求1所述一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置，其特征在于：所述导热空心柱体采用分体结构，由内部相连通的两段拼接而成，导热透光片设置于两段之间。

3.根据权利要求1所述一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的装置，其特征在于：所述激发光源选自蓝光或紫外光源；所述导热透光片采用玻璃、晶体或塑料制成；所述气体选自空气。

4.一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）制备LED光源作为激发光源；

2）在导热透光片上制备量子点膜，然后将导热透光片装夹在两个开口相对的导热筒体之间，得到内部固定有量子点膜的导热空心柱体，导热透光片与导热空心柱体接触；

3）将所述导热空心柱体的一端固定在所述LED光源的散热基板上，使散热基板上的LED光源嵌入在导热空心柱体内，散热基板对导热空心柱体对应端部进行了覆盖；将光电探头（7）固定在导热空心柱体的另一端，导热透光片与所述光电探头（7）以及激发光源之间分别通过气体阻热层间隔；所述导热空心柱体与LED光源的散热基板之间设置有隔热板；

4）点亮所述LED光源后，利用电阻丝（4）加热所述导热空心柱体至预设温度，然后利用光电探头（7）采集经所述LED光源照射量子点膜所形成的发光光源的信号；

5）利用电阻丝（4）多次调节所述导热空心柱体的温度，并按照步骤4）采集对应温度下的发光光源的信号；所述导热空心柱体上电阻丝（4）的设置位置与所述导热透光片的设置位置对应；电阻丝通过热传导调节导热透光片的温度，即调节量子点的温度，并通过夹于电阻丝与导热空心柱体之间的温度探头检测温度；

6）经过步骤5）后，根据光电探头（7）采集的发光光源的信号，得到对应量子点在不同温度下的发光光谱。

5.根据权利要求4所述一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的方法，其特征在于：所述量子点膜采用喷涂、旋涂、喷墨打印或丝网印刷方法制成。

6.根据权利要求4所述一种测量量子点的发光光谱随温度变化规律的方法，其特征在于：所述发光光源选自由蓝光或紫外光激发量子点所形成的白光、单色光或复色光。

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