CN111849485B - 量子点材料、制备方法、发光器件及显示装置 - Google Patents

量子点材料、制备方法、发光器件及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种量子点材料、制备方法、发光器件及显示装置，量子点材料包括：量子点核，所述量子点核包括内核体、包裹在所述内核体外部的过渡层和包裹在所述过渡层外部的外核层，所述内核体为无镉材料结构，所述外核层中具有镉。在本发明的量子点材料中，将内核体设置为无镉材料结构，通过在外核层中加有镉，能够降低量子点材料中镉的含量，减少镉的污染和对人体的危害，同时能够保证量子点材料的性能，提高荧光量子产率，延长寿命，通过在内核体的外部与外核层之间设置过渡层能够调节晶格匹配程度，降低应力。

Description

量子点材料、制备方法、发光器件及显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，具体涉及一种量子点材料、制备方法、发光器件及显示装置。
背景技术
由于镉易产生污染，对人体具有危害，目前，含镉的量子点材料受到了严格的使用限制，但是无镉量子点的性能难以达到有镉量子点的性能，比如，用于背光增强的无镉量子点的荧光量子产率较低，寿命较短，难以满足性能要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种量子点材料、制备方法、发光器件及显示装置，用以解决现有量子点材料含镉量较高，无镉量子点材料性能难以满足要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
第一方面，根据本发明实施例的量子点材料，包括：
量子点核，所述量子点核包括内核体、包裹在所述内核体外部的过渡层和包裹在所述过渡层外部的外核层，所述内核体为无镉材料结构，所述外核层中具有镉。
其中，所述过渡层的带隙大于所述内核体的带隙和所述外核层的带隙，所述内核体的带隙小于所述外核层的带隙。
其中，还包括：
壳层，所述壳层包裹在所述外核层的外部。
其中，所述壳层的带隙大于所述内核体的带隙，所述壳层的带隙大于所述外核层的带隙。
其中，所述内核体为InP结构，所述过渡层中包括ZnSe、ZnS或ZnTe中的至少一种；和/或
所述外核层中包括CdSe、CdS或CdTe中的至少一种；和/或
所述壳层中包括ZnSe、ZnS或ZnTe中的至少一种。
其中，所述壳层的外表面具有有机配体。
其中，所述内核体的直径为1nm-10nm，所述过渡层的厚度为1nm-10nm，所述外核层的厚度为1nm-10nm；和/或
所述内核体的发射光的波长为620nm-630nm，所述外核层的发射光的波长为520nm-530nm。
第二方面，根据本发明实施例的量子点材料的制备方法，包括：
形成内核体；
在所述内核体的外部形成包裹所述内核体的过渡层；
在所述过渡层的外部形成包裹所述过渡层的外核层；
其中，所述内核体为无镉材料结构，所述外核层中具有镉。
第三方面，根据本发明实施例的发光器件，包括上述实施例中所述的量子点材料。
第四方面，根据本发明实施例的显示装置，包括上述实施例中所述的发光器件。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
根据本发明实施例的量子点材料，包括量子点核，所述量子点核包括内核体、包裹在所述内核体外部的过渡层和包裹在所述过渡层外部的外核层，所述内核体为无镉材料结构，所述外核层中具有镉。在本发明的量子点材料中，将内核体设置为无镉材料结构，通过在外核层中加有镉，能够降低量子点材料中镉的含量，减少镉的污染和对人体的危害，同时能够保证量子点材料的性能，提高荧光量子产率，延长寿命，通过在内核体的外部与外核层之间设置过渡层能够调节晶格匹配程度，降低应力。
附图说明
图1为本发明实施例的量子点材料的一个结构示意图。
附图标记
内核体10；
过渡层20；
外核层30；
壳层40。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的量子点材料。
如图1所示，根据本发明实施例的量子点材料包括量子点核，量子点核包括内核体10、包裹在内核体10外部的过渡层20和包裹在过渡层20外部的外核层30，内核体10为无镉材料结构，外核层30中具有镉。
也就是说，量子点材料包括量子点核，量子点核主要由内核体10、过渡层20和外核层30构成，其中，过渡层20包裹在内核体10的外部，外核层30包裹在过渡层20的外部，内核体10为无镉材料结构，外核层30中具有镉，内核体10由无镉材料制备，外核层30由含镉材料制备。在本发明的量子点材料中，将内核体10设置为无镉材料结构，通过在外核层30中加有镉，能够降低量子点材料中镉的含量，减少镉的污染和对人体的危害，同时能够保证量子点材料的性能，提高荧光量子产率，延长寿命，通过在内核体的外部与外核层之间设置过渡层能够调节晶格匹配程度，降低应力。
在本发明的一些实施例中，过渡层20的带隙可以大于内核体10的带隙，过渡层20的带隙可以大于外核层30的带隙，内核体10的带隙可以小于外核层30的带隙，可以增加量子点材料的色域。
在本发明的另一些实施例中，量子点材料还可以包括壳层40，壳层40包裹在外核层30的外部，通过壳层可以增加发光量子产率。可选地，壳层40的带隙大于内核体10的带隙，壳层40的带隙大于外核层30的带隙，可以有利于增加发光量子产率。
在本发明的实施例中，内核体10可以为InP材料结构，过渡层20中包括ZnSe、ZnS或ZnTe中的至少一种，比如过渡层20可以为ZnSe或ZnS材料结构；和/或外核层30中包括CdSe、CdS或CdTe中的至少一种，比如外核层30可以为CdSe或CdS材料结构；和/或壳层40中包括ZnSe、ZnS或ZnTe中的至少一种，壳层40可以为ZnSe或ZnS材料结构。可选地，内核体10可以为InP材料结构，过渡层20可以为ZnSe材料结构，外核层30可以为CdSe材料结构，外核层30的半峰宽可以小于或等于30nm，壳层40可以为ZnSe材料结构，过渡层20具有宽带隙从而不发光，过渡层20主要起到连接InP和CdSe的作用，可以将InP和CdSe产生的激子限制在各自层中，还可以调节晶格匹配程度，降低应力；将结合了产生红光的InP和产生绿光的CdSe的量子点材料用于背光中可以显著增加色域，降低Cd含量，具有较好的发光效果。内核体10可以产生红色荧光，内核体10的发射光的波长可以为620nm-630nm，外核层30可以产生绿色荧光，外核层30的发射光的波长可以为520nm-530nm。其中，壳层40可以含有ZnSe或ZnS，壳层40可以为合金结构，比如，壳层40可以具有内壳层和外壳层，内壳层位于外核层30与外壳层之间，比如，外壳层可以为ZnSe材料结构，内壳层可以为CdZnSe材料结构；或者，外壳层可以为ZnS材料结构，内壳层可以为CdZnS材料结构。
在一些实施例中，壳层40的外表面可以具有有机配体，有机配体可以包括具有羟基、羧基、氨基或巯基的有机化合物，比如有机配体可以为油酸、十八胺等，通过有机配体可以调节量子点材料的溶解度，便于量子点材料与其他结构的结合连接。
在本发明的实施例中，内核体10的直径可以为1nm-10nm，过渡层20的厚度可以为1nm-10nm，外核层30的厚度可以为1nm-10nm，具体的尺寸可以根据实际需要合理选择；和/或，内核体10的发射光的波长可以为620nm-630nm，外核层30的发射光的波长可以为520nm-530nm，具体的发射光的波长可以根据实际需要合理选择，以便量子点材料能够发出不同波长的光。
本发明实施例提供一种量子点材料的制备方法，量子点材料的制备方法包括：形成内核体10；
在内核体10的外部形成包裹内核体10的过渡层20；
在过渡层20的外部形成包裹过渡层20的外核层30；
其中，内核体10为无镉材料结构，外核层30中具有镉。
通过上述方法制备的量子点材料，内核体10为无镉材料结构，在外核层30中加有镉，能够降低量子点材料中镉的含量，减少镉的污染和对人体的危害，同时能够保证量子点材料的性能，提高荧光量子产率，延长寿命，通过在内核体10的外部与外核层30之间设置过渡层20能够调节晶格匹配程度，降低应力。
在一些实施例中，过渡层20的带隙可以大于内核体10的带隙，过渡层20的带隙可以大于外核层30的带隙，内核体10的带隙可以小于外核层30的带隙，可以增加量子点材料的色域。
在本发明的实施例中，制备方法还可以包括：在外核层30的外部形成包裹所述外壳层30的壳层40，通过壳层40可以增加发光量子产率。其中，壳层40的带隙大于内核体10的带隙，壳层40的带隙大于外核层30的带隙，可以有利于增加发光量子产率。
在本发明的一些实施例中，内核体10可以为InP材料结构，过渡层20中包括ZnSe、ZnS或ZnTe中的至少一种，比如过渡层20可以为ZnSe或ZnS材料结构；和/或外核层30中包括CdSe、CdS或CdTe中的至少一种，比如外核层30可以为CdSe或CdS材料结构；和/或壳层40中包括ZnSe、ZnS或ZnTe中的至少一种，壳层40可以为ZnSe或ZnS材料结构。可选地，内核体10可以为InP材料结构，过渡层20可以为ZnSe材料结构，外核层30可以为CdSe材料结构，外核层30的半峰宽可以小于或等于30nm，壳层40可以为ZnSe材料结构。内核体10可以产生红色荧光，内核体10的发射光的波长可以为620nm-630nm，外核层30可以产生绿色荧光，外核层30的发射光的波长可以为520nm-530nm。其中，壳层40可以含有ZnSe或ZnS，壳层40可以为合金结构，比如壳层40可以具有内壳层和外壳层，内壳层位于外核层30与外壳层之间，比如，外壳层可以为ZnSe材料结构，内壳层可以为CdZnSe材料结构；或者，外壳层可以为ZnS材料结构，内壳层可以为CdZnS材料结构。
在一些实施例中，壳层40的外表面可以具有有机配体，有机配体可以包括具有羟基、羧基、氨基或巯基的有机化合物，比如有机配体可以为油酸、十八胺等，通过有机配体可以调节量子点材料的溶解度，便于量子点材料与其他结构的结合连接。
可选地，内核体10的直径可以为1nm-10nm，过渡层20的厚度可以为1nm-10nm，外核层30的厚度可以为1nm-10nm，具体的尺寸可以根据实际需要合理选择；和/或，内核体10的发射光的波长可以为620nm-630nm，外核层30的发射光的波长可以为520nm-530nm，具体的发射光的波长可以根据实际需要合理选择，以便量子点材料能够发出不同波长的光。
在具体实施过程中，量子点材料中的内核体为InP材料结构，过渡层为ZnS材料结构，外核层为CdSe材料结构，壳层为ZnS材料结构，制备该量子点材料的过程可以如下：
1、InP内核体的制备：在合成实验中，将0.1mmol的InCl3和0.5mmol的ZnCl2以及1.0mL的OLA(油酸)和3.0mL的ODE(十八烯)在50mL的三颈烧瓶中混合，于120℃下抽真空30min；然后升温至180℃使氯化盐完全溶解，快速注入0.4mmol的P[N(CH3)2]3磷前驱体，保持该温度继续反应，同时检测其吸收光谱；随着反应时间的延长，其吸收光谱逐渐红移，纳米晶尺寸逐渐增加，待粒子生长到目标尺寸停止加热，将反应体系降至室温，得到具有InP内核体(InP纳米晶)的产物。
2、InP内核体的纯化：将具有InP内核体的产物转移至离心管中，加入少量正己烷以及加入大量乙醇，在4000r/min的转速下离心5min，弃去上清液，将沉淀再次分散到适量正己烷中，加入过量乙醇，在相同转速下离心5min，弃去上清液，再次用正己烷/乙醇提纯2～3次，得到较为干净的InP内核体。
3、锌前驱体准备
浓度为0.04mol/L的锌前驱体的制备方法为：将65.0mg的氧化锌、1.8g油酸(氧化锌和油酸的摩尔比可以为1:8)和14.16g的ODE置于三口烧瓶中，充分排除瓶内空气和溶液中水分后在氮气氛围下加热到300℃，在此温度下反应3小时后获得澄清的混合液；待混合液降温到90℃后，抽真空20-30min，以充分去除由于酸碱反应产生的H2O，然后使混合液在氮气氛围下降温至接近室温后转移到储存瓶中，将储存瓶内置换为氮气氛围后保存在干燥塔中备用。
4、镉前驱体的准备
浓度为0.04mol/L的镉前驱体的制备方法与上述锌前驱体的制备方法过程相同，只是反应温度调整为250℃。
5、浓度为0.04mol/L的硫前体的制备方法：将25.7mg硫粉和与15.78g ODE在氮气氛围下加热到200℃，待硫粉充分溶解分散后，移去热源后降温至接近室温，将所得溶液保存在置换为惰性氛围的储存瓶中以备用。
6、硒前驱体准备：浓度为0.04mol/L的硒前驱体的制备方法与硫前驱体的制备方法相同，只是原料换为硒粉。
7、ZnS过渡层的制备：
可以采用连续离子层吸附反应法(SILAR)进行核壳结构纳米晶的合成。将预先制备好的1.2E-4mmol的InP纳米晶转移至三口烧瓶中，与3g ODE和3g ODA(十八胺)在快速搅拌和抽真空条件下加热到100℃，以除去溶液中含有的低沸点成分；真空操作约30min后将烧瓶内转换为N2氛围并加热到200℃(或240℃)，在此温度下，逐滴注入按理论计算所需的锌前驱体量，注入速度约为0.1mL/min；在锌前驱体注入完成并反应6min后，以相同的速度逐滴注入等量的硫前驱体，随后溶液在该温度下反应20min，从而获得生长一层壳层的InP/ZnS纳米晶。按照上述步骤依次注入等量的锌前驱体和硫前驱体，依次获得第二层、第三层及更厚壳层的InP/ZnS纳米晶，具体厚度可以根据需要选择。
8、CdSe外核层的制备：采用和上述相同的方法，逐滴注入所需的镉前驱体量，注入速度约为0.1mL/min，在镉前驱体注入完成并反应6min后，以相同的速度逐滴注入等量的硒前驱体，随后溶液在该温度下反应20min可以得到包裹有一层CdSe的InP/ZnS纳米晶，也即是InP/ZnS/CdSe纳米晶。按照该步骤依次注入镉前驱体和硒前驱体，直到获得需要的CdSe厚度。
9、ZnS壳层的制备：采用和上述相同的方法，逐滴注入所需的锌前驱体量，注入速度约为0.1mL/min，在锌前驱体注入完成并反应6min后，以相同的速度逐滴注入等量的硫前驱体，随后溶液在该温度下反应20min可以得到含有一层ZnS的InP/ZnS/CdSe纳米晶，也即是InP/ZnS/CdSe/ZnS纳米晶。按照该步骤依次注入锌前驱体和硫前驱体，直到获得需要的ZnS厚度。最终得到需要的量子点材料，量子点材料中的内核体为InP材料结构，过渡层为ZnS材料结构，外核层为CdSe材料结构，壳层为ZnS材料结构。在实际应用过程中，还可以根据需要选择不同的制备方法来制备具有本发明实施例中结构的量子点材料。
本发明实施例提供一种发光器件，发光器件包括上述实施例中所述的量子点材料，本发明的发光器件能够降低镉的含量，减少污染和对人体的危害，延长使用寿命，能够保证发光性能要求。
本发明实施例提供一种显示装置，显示装置包括上述实施例中所述的发光器件，具有上述发光器件的显示装置，本发明的发光器件能够降低镉的含量，减少污染和对人体的危害，使用寿命长，能够保证发光效果。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种量子点材料，其特征在于，包括：
量子点核，所述量子点核包括内核体、包裹在所述内核体外部的过渡层和包裹在所述过渡层外部的外核层，所述内核体为无镉材料结构，所述外核层中具有镉。
2.根据权利要求1所述的量子点材料，其特征在于，所述过渡层的带隙大于所述内核体的带隙和所述外核层的带隙，所述内核体的带隙小于所述外核层的带隙。
3.根据权利要求1或2所述的量子点材料，其特征在于，还包括：
壳层，所述壳层包裹在所述外核层的外部。
4.根据权利要求3所述的量子点材料，其特征在于，所述壳层的带隙大于所述内核体的带隙，所述壳层的带隙大于所述外核层的带隙。
5.根据权利要求3所述的量子点材料，其特征在于，所述内核体为InP结构，所述过渡层中包括ZnSe、ZnS或ZnTe中的至少一种；和/或
所述外核层中包括CdSe、CdS或CdTe中的至少一种；和/或
所述壳层中包括ZnSe、ZnS或ZnTe中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的量子点材料，其特征在于，所述壳层的外表面具有有机配体。
7.根据权利要求1所述的量子点材料，其特征在于，所述内核体的直径为1nm-10nm，所述过渡层的厚度为1nm-10nm，所述外核层的厚度为1nm-10nm；和/或
所述内核体的发射光的波长为620nm-630nm，所述外核层的发射光的波长为520nm-530nm。
8.一种量子点材料的制备方法，其特征在于，包括：
形成内核体；
在所述内核体的外部形成包裹所述内核体的过渡层；
在所述过渡层的外部形成包裹所述过渡层的外核层；
其中，所述内核体为无镉材料结构，所述外核层中具有镉。
9.一种发光器件，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的量子点材料。
10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求9中所述的发光器件。
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