CN113201328B - 一种单基质双带白光发射材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发光材料技术领域，公开了一种单基质双带白光发射材料及其制备方法与应用，该材料的化学式为(C16H36N)CuI2，尤其可应用于在白光LED中。本发明通过对材料的化学组成进行改进，得到(C16H36N)CuI2材料，无需稀土元素参与，即可实现单基质双带白光发射，与现有技术相比能够有效扩展单基质白光材料的种类，实现了发射光谱覆盖整个可见光区域，在400～850nm，激发光谱覆盖250～400nm，其PLQY高达54.3％。
Description
技术领域
本发明属于发光材料技术领域，更具体地，涉及一种单基质双带白光发射材料及其制备方法与应用。
背景技术
照明在人类社会无处不在，其中照明消耗的电量占全人类用电总量的五分之一。相较于传统白炽灯照明，基于GaN基发光二极管(light-emitting diode,LED)激发荧光粉的半导体照明技术具有节能、环保、光效高、寿命长、应用范围广等诸多优点，是当前照明市场的主流技术。目前，日常生活中采用的白光LED通常由两种方式产生，一种是蓝光LED激发YAG:Ce3+黄色荧光粉产生白光，另一种是紫外光LED激发红绿蓝三色荧光粉来产生白光。然而，两种方式都有各自的弊端，如YAG:Ce3+黄色荧光粉由于缺少红光组分导致蓝光LED激发产生的白光的色温较高，显色指数较低，不能满足高效照明的需求，而紫外光LED激发红绿蓝三色荧光粉由于三种不同的荧光粉会存在严重的自吸收问题而限制发光效率，同时在得到高质量白光时需要精确配比三色荧光粉的比例，操作难度较大，而且由于三色荧光粉在使用过程中的衰减寿命不一致，导致白光光谱随使用时间延长而发生变化，不稳定，而且大部分的荧光粉都依赖于战略性稀土元素，价格昂贵，含量稀少，同时制备工艺复杂，需要高温烧结，成本高，因此，需要开发新一代的新型单基质白光荧光材料，实现绿色照明。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种单基质双带白光发射材料及其制备方法与应用，其中通过对材料的化学组成进行改进，得到(C16H36N)CuI2材料，无需稀土元素参与，即可实现单基质双带白光发射，与现有技术相比能够有效扩展单基质白光材料的种类，实现了发射光谱覆盖整个可见光区域，在400～850nm，激发光谱覆盖250～400nm，其PLQY高达54.3％。并且，本发明制备工艺简单，成本低，稳定性好。本发明中的单基质双带白光发射材料，尤其可以与紫外芯片一起应用在白光LED器件中用于照明。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种单基质双带白光发射材料，其特征在于，其化学式为(C16H36N)CuI2。
作为本发明的进一步优选，所述单基质双带白光发射材料具体为晶体材料，具有零维晶格结构，是[Cu2I4]2-团簇被有机阳离子[C16H36N]+包裹着形成的零维晶格结构。
作为本发明的进一步优选，所述单基质双带白光发射材料，其发射光谱有两个发光带，发射光谱覆盖400～850nm可见光区域；其激发光谱覆盖250～400nm；优选的，其荧光量子产率(PLQY)为54.3％。
按照本发明的另一方面，本发明提供了制备上述单基质双带白光发射材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将C16H36NI与CuI按1:1的摩尔比称量准备原料C16H36NI与原料CuI，接着，向有机溶剂中加入H3PO2及C16H36NI与CuI，超声处理后得到前驱体溶液；
(2)将所述步骤(1)得到的所述前驱体溶液过滤，取滤液置于容器内，静置使所述滤液中的溶剂挥发，进而使单基质双带白光发射材料析出生长；当静置的时间达到预先设定的时间后，取出生长得到的单基质双带白光发射材料即可。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述有机溶剂为DMF或DMSO。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，按(C16H36N)CuI2计，所述前驱体溶液的浓度为0.3～1.67mol/L。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述超声处理的时间为10～20min。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，静置使所述滤液中的溶剂挥发，具体是在通风橱内进行的；优选的，所述预先设定的时间为1～3天。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，生长得到的单基质双带白光发射材料，还经过清洗、干燥处理；优选的，所述清洗是用乙醇冲洗，所述干燥为自然晾干。
按照本发明的又一方面，本发明提供了上述单基质双带白光发射材料在白光LED中的应用。
作为本发明的进一步优选，所述单基质双带白光发射材料具体是与紫外芯片配合一同构建白光LED器件。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明提供的化学式为(C16H36N)CuI2的单基质双带白光发射材料，其发射光谱有两个发光带，且发射光谱覆盖整个可见光区域，在400～850nm，激发光谱覆盖250～400nm；以单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶为例，荧光量子产率(PLQY)高达54.3％。
(2)并且，该单基质双带白光发射晶体，具有独特的零维晶格结构，[Cu2I4]2-团簇被有机阳离子[C16H36N]+包裹着形成零维晶格结构，光激发产生的电子-空穴对被局域在[Cu2I4]2-团簇内，具有很高的发生辐射复合的几率。
(3)此外，相较于目前商业荧光粉大多依赖于稀土元素，本发明中的单基质双带白光发射材料利用丰度很高的铜元素即可制备白光发射材料(如白光单晶或多晶，粉末，薄膜等)，具有成本低，环境友好的特点。
(4)本发明制备方法，工艺简单，成本低，稳定性好。相较于现有技术需要复杂的高温烧结工艺、成本高，本发明制备方法利用低成本低温(本发明常温下即可实现制备)溶液工艺制备出高质量的白光单晶，该制备工艺操作简单，成本低，重复性好，适合量产，具有极大的商业应用前景。本发明制备工艺简单方便易于实现，成本低，得到的材料具有双带发射的特性，覆盖整个可见光区域，同时激发光谱范围广，PLQY高达54.3％，能够满足低成本高效绿色照明的需求。
附图说明
图1是实施例1制备得到的单基质双带白光发射单晶在可见光下和紫外光激发下发白光的实物图。
图2是实施例1制备得到的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶的发射光谱与激发光谱图。从图2中可以看出，该材料的发射光谱上具有2个发光带。
图3是本发明制备得到的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶的单胞晶格结构示意图。从图3中可以看出，该单基质双带白光发射晶体具有独特的零维晶格结构，[Cu2I4]2-团簇被有机阳离子[C16H36N]+包裹着形成零维晶格结构。
图4是实施例1制备得到的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶的模拟XRD与测试XRD谱图(模拟XRD谱图根据单晶结构解析得到CIF卡片作出谱图)。
图5为实施例7白光LED的发射光谱(图中右上角的插图为白光LED实物插图)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总的来说，本发明单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2材料的制备方法，是通过缓慢挥发前驱物饱和溶液让化合物结晶生长得到单基质双带白光发射的(C16H36N)CuI2单晶，是种低成本低温溶液工艺。在实际应用时，尤其可以将此单晶研磨后涂在紫外LED芯片上制备白光LED用于照明。
以下为具体实施例：
实施例1
该实施例中白光单晶的制备方法，其具体制备步骤如下：
(1)将1mmol C16H36NI(CAS 311-28-4，购于阿拉丁化学试剂网)与1mmol CuI称量混合于玻璃瓶中，然后再向其中注入有机溶剂500μL DMF和100μL H3PO2，将上述混合物超声10min溶解得到澄清的前驱液(本步骤之所以使用H3PO2，是为了抑制一价铜离子Cu+的氧化；另外，H3PO2用量可根据实际情况灵活调整，例如，H3PO2与有机溶剂的体积比可优选为1:5～1:30)；
(2)将所述步骤(1)得到的所述反应前驱液用0.22μm的过滤头过滤到玻璃瓶内，将玻璃瓶静置于通风橱内；
(3)将所述步骤(2)得到的过滤后的前驱液在通风橱内静置1天，单基质双带白光发射的单晶就会析出并生长出来；
(4)将所述步骤(3)得到的单基质双带白光发射的单晶用乙醇冲洗干净，并自然晾干得到干净的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶。
实施例2
该实施例中白光单晶的制备方法，其具体制备步骤如下：
(1)将1mmol C16H36NI与1mmol CuI称量混合于玻璃瓶中，然后再向其中注入有机溶剂2.9mL DMF和100μL H3PO2，将上述混合物超声10min溶解得到澄清的前驱液；
(2)将所述步骤(1)得到的所述反应前驱液用0.22μm的过滤头过滤到玻璃瓶内，将玻璃瓶静置于通风橱内；
(3)将所述步骤(2)得到的过滤后的前驱液在通风橱内静置3天，单基质双带白光发射的单晶就会析出并生长出来；
(4)将所述步骤(3)得到的单基质双带白光发射的单晶用乙醇冲洗干净，并自然晾干得到干净的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶。
本实施例得到的晶体与实施例1相似，外观均为无色透明，晶莹剔透。
实施例3
该实施例中白光单晶的制备方法，其具体制备步骤如下：
(1)将1mmol C16H36NI与1mmol CuI称量混合于玻璃瓶中，然后再向其中注入有机溶剂500μL DMSO和100μL H3PO2，将上述混合物超声10min溶解得到澄清的前驱液；
(2)将所述步骤(1)得到的所述反应前驱液用0.22μm的过滤头过滤到玻璃瓶内，将玻璃瓶静置于通风橱内；
(3)将所述步骤(2)得到的过滤后的前驱液在通风橱内静置1天，单基质双带白光发射的单晶就会析出并生长出来；
(4)将所述步骤(3)得到的单基质双带白光发射的单晶用乙醇冲洗干净，并自然晾干得到干净的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶。
本实施例得到的晶体与实施例1相似，外观均为无色透明。
实施例4
该实施例中白光单晶的制备方法，其具体制备步骤如下：
(1)将1mmol C16H36NI与1mmol CuI称量混合于玻璃瓶中，然后再向其中注入有机溶剂500μL DMF和100μL H3PO2，将上述混合物超声溶解20min得到澄清的前驱液；
(2)将所述步骤(1)得到的所述反应前驱液用0.22μm的过滤头过滤到玻璃瓶内，将玻璃瓶静置于通风橱内；
(3)将所述步骤(2)得到的过滤后的前驱液在通风橱内静置1天，单基质双带白光发射的单晶就会析出并生长出来；
(4)将所述步骤(3)得到的单基质双带白光发射的单晶用乙醇冲洗干净，并自然晾干得到干净的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶。
本实施例得到的晶体与实施例1相似，外观均为无色透明。
实施例5
该实施例中白光单晶的制备方法，其具体制备步骤如下：
(1)将1mmol C16H36NI与1mmol CuI称量混合于玻璃瓶中，然后再向其中注入有机溶剂500μL DMF和100μL H3PO2，将上述混合物超声10min溶解得到澄清的前驱液；
(2)将所述步骤(1)得到的所述反应前驱液用0.22μm的过滤头过滤到玻璃瓶内，将玻璃瓶静置于通风橱内；
(3)将所述步骤(2)得到的过滤后的前驱液在通风橱内静置3天，单基质双带白光发射的单晶就会析出并生长出来；
(4)将所述步骤(3)得到的单基质双带白光发射的单晶用乙醇冲洗干净，并自然晾干得到干净的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶。
本实施例得到的晶体与实施例1相似，外观均为无色透明。
实施例6
该实施例中白光单晶的制备方法，其具体制备步骤如下：
(1)将1mmol C16H36NI与1mmol CuI称量混合于玻璃瓶中，然后再向其中注入有机溶剂900μL DMF和30μL H3PO2，将上述混合物超声10min溶解得到澄清的前驱液；
(2)将所述步骤(1)得到的所述反应前驱液用0.22μm的过滤头过滤到玻璃瓶内，将玻璃瓶静置于通风橱内；
(3)将所述步骤(2)得到的过滤后的前驱液在通风橱内静置3天，单基质双带白光发射的单晶就会析出并生长出来；
(4)将所述步骤(3)得到的单基质双带白光发射的单晶用乙醇冲洗干净，并自然晾干得到干净的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶。
本实施例得到的晶体与实施例1相似，外观均为无色透明。
实施例7
该实施例将示例如何实现白光LED应用，其具体步骤如下：
利用实施例1制备得到的白光单晶，将其研磨成粉末，再将粉末涂覆于紫外LED芯片上，在外加电流的驱动下就可以得到白光LED照明应用，如图5所示。
本发明上述实施例1－6得到的单基质双带白光发射(C16H36N)CuI2单晶，其发射光谱覆盖整个可见光区域，在400～850nm，激发光谱覆盖250～400nm，其荧光量子产率(PLQY)高达54.3％。其单晶为独特的零维晶格结构，[Cu2I4]2-团簇被有机阳离子[C16H36N]+包裹着形成零维晶格结构(如图3所示)。
本发明各实施例中所采用的次磷酸H3PO2，为无色油状液体；各实施例中所采用的各种试剂，均为市售商品。另外，上述实施例中的制备方法仅为示例，根据实际情况可灵活调整各参数条件，例如，超声时间可以更长，前驱液的浓度可以更低，静置时间可以相应延长；前驱液的浓度也可以更高(例如可达到过饱和状态)，静置时间也可根据晶体生长情况调整。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单基质双带白光发射材料，其特征在于，其化学式为(C16H36N)CuI2。
2.如权利要求1所述单基质双带白光发射材料，其特征在于，所述单基质双带白光发射材料具体为晶体材料，具有零维晶格结构，是[Cu2I4]2-团簇被有机阳离子[C16H36N]+包裹着形成的零维晶格结构。
3. 如权利要求1所述单基质双带白光发射材料，其特征在于，所述单基质双带白光发射材料，其发射光谱有两个发光带，发射光谱覆盖400～850 nm可见光区域；其激发光谱覆盖250～400 nm；其荧光量子产率（PLQY）为54.3%。
4.制备如权利要求1－3任意一项所述单基质双带白光发射材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将C16H36NI与CuI按1:1的摩尔比称量准备原料C16H36NI与原料CuI，接着，向有机溶剂中加入H3PO2及C16H36NI与CuI，超声处理后得到前驱体溶液；所述有机溶剂为DMF或DMSO；
（2）将所述步骤（1）得到的所述前驱体溶液过滤，取滤液置于容器内，静置使所述滤液中的溶剂挥发，进而使单基质双带白光发射材料析出生长；当静置的时间达到预先设定的时间后，取出生长得到的单基质双带白光发射材料即可。
5. 如权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤（1）中，按(C16H36N)CuI2计，所述前驱体溶液的浓度为0.3~1.67 mol/L。
6. 如权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述超声处理的时间为10~20min。
7.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤（2）中，静置使所述滤液中的溶剂挥发，具体是在通风橱内进行的；所述预先设定的时间为1~3天。
8.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤（2）中，生长得到的单基质双带白光发射材料，还经过清洗、干燥处理；所述清洗是用乙醇冲洗，所述干燥为自然晾干。
9.如权利要求1－3任意一项所述单基质双带白光发射材料在白光LED中的应用。
10.如权利要求9所述应用，其特征在于，所述单基质双带白光发射材料具体是与紫外芯片配合一同构建白光LED器件。
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