CN110079159A

CN110079159A - 量子点墨水及其制备方法

Info

Publication number: CN110079159A
Application number: CN201810404581.3A
Authority: CN
Inventors: 罗健; 庄锦勇
Original assignee: Guangdong Juhua Printing Display Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Juhua Printing Display Technology Co Ltd
Priority date: 2018-04-28
Filing date: 2018-04-28
Publication date: 2019-08-02

Abstract

本发明涉及一种量子点墨水及其制备方法，按重量百分比计，该量子点墨水包括如下组分：量子点0.1％‑10％、溶剂60％‑95％以及添加剂1％‑30％，其中，所述溶剂包括碳原子数为6‑30的直链酯。该量子点墨水采用含有含碳原子数为6‑30的直链酯作为溶剂，并将其与添加剂和量子点以特定比例复配，所获得的量子点墨水的粘度、表面张力能够满足喷墨打印的要求，同量子点墨水还具有较低的毒性和较高的沸点，室温下不易挥发，可有效避免因溶剂挥发而导致喷嘴堵塞的问题。

Description

量子点墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及显示器领域，特别是涉及一种量子点墨水及其制备方法。

背景技术

量子点(quantum dots)是一种零维纳米材料，通常为粒径介于2～20nm之间的半导体纳米颗粒，因此又可称为半导体纳米晶体，严格上定义为半径小于或接近激子玻尔半径的纳米晶体。量子点具有发射光谱窄、发射波长可通过控制粒径尺寸进行调节以及光稳定性好等光学性质，早已引起广大科学研究者的极大关注，特别是在显示领域，量子点电致发光器件——量子点发光二极管显示器具有色域高、自发光、反应速度快等优点，成为近几年的研究热点，并且被认为是继OLED显示器之后的新一代显示器。

量子点可分散于溶剂中配制成量子点墨水。量子点墨水可作为印刷材料，并可采用打印、移印、旋涂等方法制造量子点薄膜。喷墨打印(Ink-jet printing) 技术近年来在光电子器件的制造方面得到广泛的研究和应用，特别是用在例如 OLED和QLED等平板显示器件的制造上，喷墨打印技术中被认为是解决高成本和实现大面积显示器制作的有效途径。但喷墨打印设备对墨水要求较高，例如通常要求墨水具有合适的粘度、挥发速度以及溶质均匀稳定的分散等特性，给墨水配制带来了较大的困难。

量子点通常分散在短碳链烷烃、单环芳香烃、卤代芳香烃等溶剂中，例如辛烷、己烷、甲苯等溶剂，在室温条件下，这些溶剂的挥发速度过快。采用这些易挥发的溶剂配制量子点墨水，在喷墨打印过程中墨滴不易控制，在非打印的待机状态下还容易造成量子点墨水中的溶剂挥发，量子点容易在喷嘴聚集而导致堵塞。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够适用于喷墨打印且不易使喷墨发生堵塞的量子点墨水及其制备方法。

一种量子点墨水，按重量百分比计，包括如下组分：

量子点 0.1％-10％、

溶剂 60％-95％以及

添加剂 1％-30％，

其中，所述溶剂含有碳原子数为6-30的直链酯。

在其中一个实施例中，所述碳原子数为6-30的直链酯的沸点为150℃ -350℃。

在其中一个实施例中，所述碳原子数为6-30的直链酯选自己酸甲酯、庚酸甲酯、辛酸甲酯、壬酸甲酯、癸酸甲酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、月桂酸甲酯、油酸乙酯及油酸甲酯中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述溶剂还包括醇醚溶剂，所述碳原子数为6-30的直链酯占整个溶剂的百分含量为50％-90％。

在其中一个实施例中，所述醇醚溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇正丙醚、丙二醇异丙醚、丙二醇正丁醚、丙二醇叔丁醚、二乙二醇醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇己醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇丁醚、三乙二醇乙醚、三丙二醇甲醚及三丙二醇丁醚中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述添加剂为环烷烃醇。

在其中一个实施例中，所述添加剂选自松油醇、甲基环己烯基丁醇、环己基乙醇、3-环己基-1-丙醇、1-环己基-1-丁醇及1-环己基-1-戊醇中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述量子点选自II-IV族量子点材料、III-V族量子点材料、IV-VI族量子点材料及I-III-VI₂族量子点材料中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述量子点材料选自CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdTe、 ZnTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnTeS、CdSeS、CdSeTe、 CdTeS、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、PbS、PbS、PbTe、CsPbCl₃、CsPbBr₃、CsPbI₃、CsPbBr_xCl_3-x、不含有镉元素的CuInS₂、不含有镉元素的CuInZnS、不含有镉元素的CuInGaSe、不含有镉元素的InP中的一种或多种，其中，x为1 或2。

在其中一个实施例中，所述量子点为油溶性量子点。

一种上述任一项所述的量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：

按照上述任一项所述的量子点墨水的组分含量称取各组分；

将量子点分散在溶剂和添加剂中，混匀，即得。

上述量子点墨水采用含有碳原子数为6-30的直链酯作为溶剂，并将其与添加剂和量子点以特定比例复配，能够使制备获得的量子点墨水均匀稳定，粘度、表面张力能够满足喷墨打印的要求，同量子点墨水还具有较高的沸点，室温下不易挥发，可有效避免因溶剂挥发而导致喷嘴堵塞的问题。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施方式的量子点墨水，按重量百分比计，包括如下组分：量子点 0.1％-10％、溶剂60％-95％以及添加剂1％-30％。其中，所述溶剂含有碳原子数为6-30的直链酯。

本实施方式的量子点墨水采用含有碳原子数为6-30的直链酯作为溶剂，并将其与添加剂和量子点以特定比例复配，能够使制备获得的量子点墨水均匀稳定，粘度、表面张力能够满足喷墨打印的要求，同量子点墨水还具有较低的毒性和较高的沸点，室温下不易挥发，可有效避免因溶剂挥发而导致喷嘴堵塞的问题。

优选地，按重量百分比计，量子点墨水包括如下组分：量子点1％-10％、溶剂75％-95％以及添加剂1％-15％。采用该配比组成的量子点墨水的粘度范围为 3cP-10cP，表面张力的范围为25-35mN/m，同时溶质能够更加均匀稳定的分散，稳定性更好。

在其中一个实施例中，量子点可选自II-IV族量子点材料、III-V族量子点材料、IV-VI族量子点材料及I-III-VI₂族量子点材料中的一种或多种。例如，量子点材料选自CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdTe、ZnTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、 ZnSeS、ZnSeTe、ZnTeS、CdSeS、CdSeTe、CdTeS、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、 PbS、PbS、PbTe、CsPbCl₃、CsPbBr₃、CsPbI₃、CsPbBr_xCl_3-x、不含有镉元素的 CuInS₂、不含有镉元素的CuInZnS、不含有镉元素的CuInGaSe、不含有镉元素的InP中的一种或多种，其中，x为1或2。量子点的平均尺寸优选为2～20nm。量子点可以为均一混合类型、梯度混合类型、核-壳类型或联合类型。

量子点为油溶性量子点。量子点的配体包括酸配体、硫醇配体、胺配体、 (氧)膦配体、磷脂和聚乙烯基吡啶中的一种或多种。酸配体包括十酸、十一烯酸、十四酸、油酸和硬脂酸中的一种或多种；硫醇配体包括八烷基硫醇、十二烷基硫醇和十八烷基硫醇中的一种或多种；胺配体包括油胺、十八胺和辛胺中的一种或多种；(氧)膦配体包括三辛基膦和三辛基氧化膦的一种或多种。磷脂例如可选自卵磷脂。量子点本身是一种纳米材料，有自团聚的趋势，量子点在墨水中的浓度高低对墨水的稳定性具有一定影响，一般来说浓度越高越容易团聚，采用配体稳定量子点，能够起到防止量子点团聚的作用。

与短碳链烷烃、单环芳香烃、卤代芳香烃相比，碳原子数为6-30的直链酯的毒性较低，沸点范围为150℃-350℃。采用具有较高沸点的直链酯作为溶剂之一，能够使量子墨水整体上具有较高的沸点，不易挥发，能够避免因溶剂挥发而导致喷嘴堵塞的问题。碳原子数为6-30的直链酯例如可选自己酸甲酯、庚酸甲酯、辛酸甲酯、壬酸甲酯、癸酸甲酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、月桂酸甲酯、油酸乙酯及油酸甲酯中的一种或多种。

在其中一个实施例中，进一步地，量子点墨水还可以包括醇醚溶剂，碳原子数为6-30的直链酯占整个溶剂的百分含量为50％-90％，进一步通过醇醚溶剂与碳原子数为6-30的直链酯的复配来调节量子点墨水的粘度、表面张力以及沸点等，使量子点墨水的溶质更均匀稳定地分散。优选地，醇醚溶剂的沸点范围为120℃-280℃，例如可选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇正丙醚、丙二醇异丙醚、丙二醇正丁醚、丙二醇叔丁醚、二乙二醇醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇己醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇丁醚、三乙二醇乙醚、三丙二醇甲醚及三丙二醇丁醚中的一种或多种。

在其中一个实施例中，量子点墨水中的添加剂优选为采用沸点范围为150℃ -250℃的环烷烃醇。例如可选自松油醇、甲基环己烯基丁醇、环己基乙醇、3- 环己基-1-丙醇、1-环己基-1-丁醇及1-环己基-1-戊醇中的一种或多种，从而进一步调节量子点墨水的粘度、表面张力以及沸点，使量子点墨水的溶质更均匀稳定地分散。

在其他实施例中，量子点墨水中的添加剂还可以采用常规的醇类聚合物。但是具有绝缘性质的醇类聚合物不易去除，且引入这类聚合物往往会降低量子点薄膜的电荷传输能力，对器件的光电性能具有负面影响。因此，与采用常规醇类聚合物作为量子点墨水的添加剂的情况相比，采用沸点范围为150℃-250℃ 的环烷烃醇与沸点范围为120℃-280℃的醇醚溶剂和沸点范围为120℃-280℃的直链酯的复配，能够在干燥成膜的过程中，将环烷烃醇、醇醚溶剂以及直链酯均能够去除，减少残留，同时也能够获得具有合适的粘度和表面张力的量子点墨水，从而更利于保证量子点薄膜的发光性能。

在室温条件下，本实施方式的量子点墨水的粘度范围均在3cP-10cP的范围内，表面张力的范围在25-40mN/m范围内，适合喷墨打印要求。

下面结合具体实施例对本发明的量子点墨水及其制备方法作举例说明。

实施例1

本实施例提供一种量子点墨水，包括如下组分：2wt％的CdS油溶性量子点、70wt％的壬酸乙酯、18wt％的二乙二醇甲醚以及10wt％的1-环己基-1-戊醇。

本实施例的量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：按本实施例的量子点墨水中组成称量各组分。在搅拌的情况下，将CdS油溶性量子点、壬酸乙酯、二乙二醇甲醚和1-环己基-1-戊醇依次添加到500mL圆底烧瓶中，然后再搅拌30 分钟，得到量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为3.8cP，表面张力为 28.5mN/m。

实施例2

本实施例提供一种量子点墨水，包括如下组分：5wt％的CdSe/ZnS油溶性量子点、70wt％的庚酸甲酯、15wt％的二乙二醇甲醚以及10wt％的松油醇。

本实施例的量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：按本实施例的量子点墨水中组成称量各组分。在搅拌的情况下，将CdSe/ZnS油溶性量子点、庚酸甲酯、二乙二醇甲醚和松油醇依次添加到500mL圆底烧瓶中，然后再搅拌30分钟，得到量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为3.5cP，表面张力为 29.8mN/m。

实施例3

本实施例提供一种量子点墨水，包括如下组分：10wt％的CdSe/CdS/ZnS油溶性量子点、65wt％的油酸乙酯、20wt％的二乙二醇甲醚以及5wt％的甲基环己烯基丁醇。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为3.2cP，表面张力为 27.6mN/m。

实施例4

本实施例提供一种量子点墨水，包括如下组分：5wt％的CdS/ZnS油溶性量子点、65wt％的癸酸甲酯、20wt％的二乙二醇乙醚以及10wt％的环己基乙醇。

本实施例的量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：按本实施例的量子点墨水中组成称量各组分。在搅拌的情况下，将CdSe/ZnS油溶性量子点、癸酸甲酯、二乙二醇甲醚和环己基乙醇依次添加到500mL圆底烧瓶中，然后再搅拌30 分钟，得到量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为3.4cP，表面张力为 28.9mN/m。

实施例5

本实施例提供一种量子点墨水，包括如下组分：3wt％的CdS/ZnS油溶性量子点、65wt％的壬酸甲酯、20wt％的二乙二醇乙醚以及12wt％的1-环己基-1-丁醇。

本实施例的量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：按本实施例的量子点墨水中组成称量各组分。在搅拌的情况下，将CdSe/ZnS油溶性量子点、壬酸甲酯、二乙二醇甲醚和1-环己基-1-丁醇依次添加到500mL单口烧瓶中，然后再搅拌30分钟，得到量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为4.2cP，表面张力为 30.2mN/m。

实施例6

本实施例提供一种量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：将90wt％的庚酸甲酯和8wt％的松油醇混合均匀(总质量100g)，置于250mL圆底烧瓶中，搅拌30min，再加入2wt％的CdS量子点(配体为油胺)，在室温下再搅拌30min，得量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为3.9cP，表面张力为29.6mN/m。

实施例7

本实施例提供一种量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：将42wt％的月桂酸乙酯、45wt％的庚酸甲酯和10wt％的松油醇混合均匀(总质量100g)，置于 250mL圆底烧瓶中，搅拌30min，再加入3wt％的CdS量子点(配体为油胺)，在室温下再搅拌30min，得量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为3.6cP，表面张力为 28.6mN/m。

实施例8

本实施例提供一种量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：将85wt％的壬酸乙酯和13wt％的甲基环己烯基丁醇混合均匀(总质量100g)，置于250mL圆底烧瓶中，搅拌30min，再加入2wt％的CdS量子点(配体为油胺)，在室温下再搅拌30min，得量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为4.2cP，表面张力为 29.7mN/m。

实施例9

本实施例提供一种量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：将88wt％的油酸乙酯和10wt％的1-环己基-1-戊醇混合均匀(总质量100g)，置于250mL圆底烧瓶中，搅拌30min，再加入2wt％的CdS量子点(配体为油酸)，在室温下再搅拌30min，得量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为3.8cP，表面张力为 28.7mN/m。

实施例10

本实施例提供一种量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：将60wt％的癸酸甲酯、25wt％的壬酸乙酯和12wt％的1-环己基-1-丁醇混合均匀(总质量100g)，于250mL圆底烧瓶中搅拌30min，再加入3wt％的CdS量子点(配体为油酸)，在室温下再搅拌30min，得量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为4.1cP，表面张力为 30.4mN/m。

实施例11

本实施例提供一种量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：将65wt％的壬酸甲酯、20wt％的庚酸甲酯和13％的环己基乙醇混合均匀(总质量100g)置于 250mL圆底烧瓶中，搅拌30min，再加入2wt％的CdS量子点(配体为油胺)，在室温下再搅拌30min，得量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为4.3cP，表面张力为 30.5mN/m。

实施例12

本实施例提供一种量子点墨水的制备方法，包括如下步骤：将45wt％的月桂酸乙酯、20％的丙二醇正丁醚和25％的环己基乙醇混合均匀(总质量100g) 置于250mL圆底烧瓶中，搅拌30min，再加入10wt％的CdS量子点(配体为辛胺)，在室温下再搅拌30min，得量子点墨水。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为5.1cP，表面张力为 31.2mN/m。

对比例1

本对比例提供一种量子点墨水，由如下组分组成：2wt％的CdS油溶性量子点、70wt％的壬酸乙酯和28wt％的二乙二醇甲醚。

本对比例的量子点墨水的制备方法与实施例1的制备方法相同。

经测试，本实施例制备获得的量子点墨水的粘度为1.2cP，表面张力为 28mN/m。

由上述测试结果可以看出，与对比例1相比，实施例1至12均采用的具有较高的沸点的溶剂和添加剂所组成的混合体系，毒性较低，能够减少对人体和环境的危害，同时在室温条件下具有较低的饱和蒸汽压，不易挥发，尤其在喷墨打印头的非打印状态时，可有效避免因溶剂挥发而导致喷嘴堵塞的问题；同时量子点墨水的粘度(3-10cp)、表面张力(25-35mN/m)等参数也适合喷墨打印要求，另外所有溶剂和添加剂均可采用加热或真空干燥等方法去除，经印制后能够形成均匀薄膜，得到更为稳定的量子点发光层，是整个器件具有较好的发光性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种量子点墨水，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：

量子点 0.1％-10％、

溶剂 60％-95％以及

添加剂 1％-30％，

其中，所述溶剂包括碳原子数为6-30的直链酯。

2.根据权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述碳原子数为6-30的直链酯的沸点为150℃-350℃。

3.根据权利要求2所述的量子点墨水，其特征在于，所述碳原子数为6-30的直链酯选自己酸甲酯、庚酸甲酯、辛酸甲酯、壬酸甲酯、癸酸甲酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、月桂酸甲酯、油酸乙酯及油酸甲酯中的一种或多种。

4.根据权利要求1至3任一项所述的量子点墨水，其特征在于，所述溶剂还包括醇醚溶剂，所述碳原子数为6-30的直链酯占整个溶剂的百分含量为50％-90％。

5.根据权利要求4所述的量子点墨水，其特征在于，所述醇醚溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇正丙醚、丙二醇异丙醚、丙二醇正丁醚、丙二醇叔丁醚、二乙二醇醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇己醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇丁醚、三乙二醇乙醚、三丙二醇甲醚及三丙二醇丁醚中的一种或多种。

6.根据权利要求1至3任一项所述的量子点墨水，其特征在于，所述添加剂为环烷烃醇。

7.根据权利要求6所述的量子点墨水，其特征在于，所述添加剂选自松油醇、甲基环己烯基丁醇、环己基乙醇、3-环己基-1-丙醇、1-环己基-1-丁醇及1-环己基-1-戊醇中的一种或多种。

8.根据权利要求1至3任一项所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点选自II-IV族量子点材料、III-V族量子点材料、IV-VI族量子点材料及I-III-VI₂族量子点材料中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点为油溶性量子点。

10.一种权利要求1至9任一项所述的量子点墨水的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按照权利要求1至9任一项所述的量子点墨水的组分含量称取各组分；

将量子点分散在溶剂和添加剂中，混匀，即得。