JP7286069B2 - 複合発光材料、その製造方法及びその使用 - Google Patents
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Description
前記ペロブスカイトナノ材料がγ-CsPbI3及び添加元素Mを含み、
前記添加元素Mが、Li、Na、K、Rbから選択される少なくとも1種であることを特徴とする。
コアがγ-CsPbI3であり、
表面が添加元素Mを含む。
コアがγ-CsPbI3であり、
表面がMPbX3、M4PbX6のうちの少なくとも1種を含み、なかでも、MがLi、Na、K、Rbから選択される少なくとも1種であり、Xがハロゲン元素から選択される少なくとも1種である。
コアがγ-CsPbI3であり、
表面がRbPbI3である。
任意選択として、前記複合発光材料の発光ピークが620~635nmである。
任意選択として、前記ペロブスカイトナノ材料中に、γ-CsPbI3と添加元素Mとのモル比が1:0.2~0.5である。
前記添加剤が、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、臭化第1スズ、ヨウ化第1スズ、臭化カドミウム、ヨウ化カドミウムから選択される少なくとも1種である。
前記表面配位子が、有機酸、有機酸ハロゲン化物、C4~C24有機アミン、C4~C24有機アミンのハロゲン化物のうちの少なくとも1種を含有する。
前記複合発光薄膜の厚さが0.001~5mmである。
前記γ-CsPbI3量子ドットがコアを有し、前記コアの構造式がCsPbI3(式中、Pb及びIは配位八面体構造を構成し、Csが前記八面体構造の隙間に形成された直交構造相に充填される)である。γ-CsPbI3の結晶構造において、その結合角α=β=γ=90°、結合長a=8.312~8.912Å、b=8.815~8.745Å、c=12.494~12.824Åである。これにより、比較的良い発光性能を有するγ-CsPbI3量子ドットを得ることができる。
前記複合発光材料の製造方法は、
(1)マトリックス、ペロブスカイト前駆体、添加元素M含有化合物を含有する前駆体溶液を得る工程と、
(2)前記前駆体溶液を成形し、前記変性ペロブスカイトナノ材料を得る工程と、
を含むことを特徴とする。
前記重合体が、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、酢酸セルロース、シアノセルロース、ポリスルフォン、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルから選択される少なくとも1種である。
前記溶媒が、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、N-メチルピロリドン、ジメチルアセトアミドから選択される少なくとも1種である。
前記添加元素M含有化合物が、LiCl、NaCl、KCl、RbCl、LiBr、NaBr、KBr、RbBr、LiI、NaI、KI、RbI、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Li金属有機物、Na金属有機物、K金属有機物、Rb金属有機物から選択される少なくとも1種である。
(s11)マトリックスを含有する溶液(1)を得る工程と、
(s12)CsI、PbI2、添加元素Mを含有する溶液(2)を得る工程と、
(s13)溶液(1)と溶液(2)とを混合して前記前駆体溶液を得る工程と、を含む。
CsIとMとのモル比が1:0.01~10であり、
溶媒:(PbI2+CsI+M)の質量比が1:0.001~3である。
任意選択として、前記マトリックスと添加剤との質量比が1:0.001~0.5である。
前記表面配位子が、有機酸、有機酸ハロゲン化物、C4~C24有機アミン、C4~C24有機アミンのハロゲン化物のうちの少なくとも1種を含有し、
前記表面配位子が工程(s12)において添加される。
前記前駆体溶液をテンプレートに移転し、成形して前記複合発光材料を得る工程、を含む。
工程(2)において、前記成形は乾燥を含み、
前記乾燥の条件は、温度80~180℃、時間0.1~48hを含む。
有機溶媒は、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、トリメチルホスフェート(TMP)、トリエチルホスフェート(TEP)、N-メチルピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド(DMAc)のうちの少なくとも1種を含む。マトリックスは、有機重合体で構成され、重合体がポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体(PVDF-TrFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、酢酸セルロース(CA)、シアノセルロース(CNA)、ポリスルフォン(PSF)、芳香族ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)の少なくとも1つであってもよい。マトリックスと有機溶媒との質量比が1:(1~50)である。マトリックス材料と有機溶媒とを混合し、マトリックス材料が有機溶媒に完全に溶解して清澄透明な溶液を形成するまで機械的撹拌する。
該工程において、PbI2、CsI及び添加元素Mを有機溶媒に溶解し、溶液(2)を得る。有機溶媒(2)は、DMF、DMSO、TMP、TEP、NMP、DMAcから選択される少なくとも1種を含み、かつ、有機溶媒(2)と有機溶媒(1)とを混和する。なお、「混和」という用語は、特に有機溶媒(1)と有機溶媒(2)とを混合する時に、混合溶液に分層現象が起こらないことを指す。これにより、溶液(1)及び溶液(2)を混合させて均一な有機溶媒系を形成することができ、つまり、溶液(1)及び溶液(2)に溶解したPbI2、CsI、添加元素M、表面配位子、重合体マトリックス、添加剤等の原料成分の有機溶媒(1)及び有機溶媒(2)における溶解度に明らかな差がなく、マクロ的及びマイクロ的構造においていずれも相分離が発生しない。なかでも、PbI2と(CsI+M)とのモル比が1:(0.1~3)であってもよく、有機溶媒(2)と(PbI2+CsI+M)との質量比が1:(0.001~1)であってもよい。
本発明の実施例によれば、該工程において、溶液(1)と溶液(2)とを混合し、前駆体溶液を得る。具体的に、溶液(1)と溶液(2)との質量比が1:(0.02~5)であり、2h機械的撹拌し、前駆体溶液を得る。
該工程において、均一に混合した前駆体溶液を適切な方法でテンプレートに移転し、異なる形状の複合材料の形成が容易となる。なかでも、テンプレートは、特定の形状を有する金型又は基材であってもよい。テンプレートの詳細について、当業者は、実際の応用に応じて複合発光材料の形状への具体的な要求を設計することができる。具体的に、前駆体溶液を基材又は金型に移転する方法は、スピンコート法、ディップコーティング法、エレクトロスピニング法、溶液沈降法、スプレー法、ナイフコーティング法又はキャスティング法を含んでもよい。これにより、薄膜等の形状を有する複合発光材料を簡単に得ることができる。
該工程において、前駆体溶液を有する前記テンプレートを乾燥させ、前記複合発光材料を得ることが容易となる。具体的に、前駆体溶液が付着したテンプレートを真空乾燥機に放置し、一定の条件で前駆体溶液における有機溶媒を除去することにより、該有機溶媒系の揮発条件を制御して前記マトリックスの結晶、添加剤の分布、γ-CsPbI3量子ドット粒子の核生成及び成長を制御することにより、複合材料の性能を向上させることができる。例えば、本発明の具体的な実施例によれば、真空乾燥機中の気圧が0.01~0.lMPa間であってもよく、温度が80~180℃間であってもよく、0.1~48h乾燥処理し、得られたγ-CsPbI3量子ドット粒子に基づく複合材料の厚さを0.001~5mmにすることができる。異なる乾燥温度で、異なる粒子径分布のγ-CsPbI3量子ドットを得ることができ、これにより、得られたγ-CsPbI3量子ドット/重合体複合発光薄膜の発光波長を、600~680nmをカバーするよう制御することができる。
前記赤色発光薄膜は、上記した複合発光材料、及び上記した複合発光材料の製造方法により製造される複合発光材料のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする。
前記LCDディスプレイは、上記した二色複合発光材料のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする。
前記フォトルミネッセンスデバイスは、青色チップ駆動モジュール、青色チップ放熱モジュール及び二色複合発光材料を含み、
前記二色複合発光材料が、上記した二色複合発光材料から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。
1)本発明が提供する被覆/不活性化後の量子ドットバンド構造及び誘電率が変化し、そのバンドギャップを増大させ、発光ピークが青色偏移する。製造パラメータを最適化することにより、発光ピークが600~680nmの間にあり、半値幅が32nm未満、蛍光量子収率が80%を超えて安定性が高い複合発光薄膜を得ることができ、従来の赤色光全ヨウ素化物CsPbI3ペロブスカイト量子ドットがバックライト表示等の光電子デバイスに適用しにくい問題を解決した。
2)本発明が提供するCsPbI3量子ドットの表面が無機材料で被覆され、CsPbI3量子ドットの安定性をさらに増強させ、該重合体複合薄膜の実際の応用を促進することができる。
特に説明がない限り、本発明の実施例における原料はいずれも市販から購入される。
本発明の実施例において、解析方法は以下の通りである。
PANalytical X’Pert3粉末回折装置を用いてXRD解析を行う。
Varian Cary 5分光光度計を用いて透過光スペクトル解析を行う。
FLSP920蛍光分光計を用いて蛍光発光スペクトル解析を行う。
(1)重合体を有機溶媒に溶解し、重合体:有機溶媒質量比=1:3に制御し、添加剤ZnCl2を添加し、重合体とZnCl2との質量比を1:0.01にし、6h以上機械的撹拌し、重合体を有機溶媒に完全に溶解させて清澄透明な溶液を得、この溶液を溶液(1)とした。前記重合体がポリメタクリル酸メチル(PMMA)であり、前記有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)である。
(2)PbI2粉末、CsI粉末、RbI粉末を混合し、モル比をPbI2:(CsI+RbI)=1:1、CsI:RbI=1:1に制御した。有機溶媒を添加し、質量比を有機溶媒:(PbI2+CsI+RbI)=1:0.045に制御した。さらに有機配位子である臭化オクチルアミンを添加し、(PbI2+CsI+RbI)と有機配位子との質量比を1:0.15に制御した。混合した後に6h機械的撹拌し、清澄透明な溶液を得、この溶液を溶液(2)とした。該工程において、前記有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)である。
(3)工程(1)に記載の溶液(1)と工程(2)に記載の溶液(2)とを混合し、質量比を溶液(1):溶液(2)=1:0.5に制御し、24h機械的撹拌して、均一に混合した前駆体溶液を得た。
(4)上記工程(3)に記載の前駆体溶液をスピンコート法で透明ガラスシートに移転し、前駆体溶液を均一に分布させた。スピンコート装置の回転速度を1500回転数/分に制御して30秒スピンコートすることにより、前駆体溶液の透明ガラスシート上における厚さを約0.05mmにした。次いで、前駆体溶液を塗布した透明ガラスシートを真空乾燥機中に放置し、真空乾燥機の気圧を0.1MPa、温度を50℃にして、10min放置し、有機溶媒を除去した。さらに、溶媒を除去したガラスシートを真空乾燥機から取り出し、130℃のホットプレート上に30min放置し、γ-CsPbI3量子ドットがまずPMMAマトリックス中でインサイチュで生成し、CsIが全て消耗した後、RbIがさらにPbI2と反応してRbPbI3を生成してγ-CsPbI3を被覆し、γ-CsPbI3/RbPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PMMA複合薄膜を得た。試料1とマークした。図1は、試料1の蛍光発光スペクトルであり、発光ピークが621nm、半値幅が32nm、蛍光量子収率が87%である。図2は試料1のXRD図であり、13.3°に現れたピークがRbPbI3の回折ピークであり、その他のピークがγ-CsPbI3の回折ピークである。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体と有機溶媒との質量比を1:30に制御し、溶液(2)中に、有機溶媒:(PbI2+CsI+RbI)の質量比=1:1、CsIとRbIとのモル比を1:0.2に制御した。機械的撹拌により溶液を均一に混合し、真空乾燥機で溶媒を除去した後に110℃のホットプレート上に30min放置し、γ-CsPbI3/RbPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PMMA複合薄膜を得、試料2とマークした。図3は、試料2の蛍光発光スペクトル、発光ピークが647nm、半値幅が31nm、蛍光量子収率が92%である。図4は、試料2のXRD図であり、13.3°に現れたピークがRbPbI3の回折ピークであり、その他のピークがγ-CsPbI3の回折ピークである。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。重合体と有機溶媒との質量比を1:10に制御し、添加剤CdI2を添加し、重合体と添加剤との質量比を1:0.05に制御し、溶液(2)中に、有機溶媒:(PbI2+CsI+RbI)の質量比=1:3、CsIとRbIとのモル比が1:0.01となるように制御した。機械的撹拌により溶液を均一に混合し、真空乾燥機で溶媒を除去した後に150℃のホットプレート上に30min放置し、γ-CsPbI3/RbPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PMMA複合薄膜を得、試料3とマークした。図5は、試料3の蛍光発光スペクトルであり、発光ピークが678nm、半値幅が34nm、蛍光量子収率が78%である。図6は試料3のXRD図であり、13.3°に現れたピークがRbPbI3の回折ピークであり、その他のピークがγ-CsPbI3の回折ピークである。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体がポリアクリロニトリル(PAN)であり、有機溶媒がジメチルスルホキシド(DMSO)であり、重合体:有機溶媒質量比が1:6であり、添加剤ZnI2を添加し、質量比を重合体:ZnI2=1:0.5に制御し、6h以上機械的撹拌して清澄透明な溶液を得た。溶液(2)中に、有機溶媒がジメチルスルホキシド(DMSO)であり、PbI2:(CsI+Li2CO3)のモル比を1:0.5、CsIとLi2CO3とのモル比を1:0.005に制御し、有機溶媒:(PbI2+CsI+Li2CO3)の質量比を1:0.001に制御した。前駆体溶液中に、溶液(1):溶液(2)の質量比を1:1に制御した。前駆体溶液をディップコーティング法により透明ガラスシート上に移転し、前駆体溶液の透明ガラスシート上に厚さが0.2mmとなるように制御し、真空乾燥機における気圧を0.01MPa、温度を30℃に制御し、1h真空乾燥した。さらに、溶媒を除去したガラスシートを真空乾燥機から取り出し、130℃のホットプレート上に20min放置し、γ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例4と同様であり、ただし、以下の点で異なる。有機溶媒:(PbI2+CsI+Li2CO3)の質量比を1:0.1、CsIとLi2CO3とのモル比を1:0.1に制御した。機械的撹拌により溶液を均一に混合し、真空乾燥機で溶媒を除去した後に150℃のホットプレート上に10min放置し、γ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体がポリフッ化ビニリデン(PVDF)であり、有機溶媒がトリメチルホスフェート(TMP)であり、重合体:有機溶媒の質量比を1:15に制御した。溶液(2)中に、有機溶媒がトリメチルホスフェート(TMP)であり、有機溶媒と(PbI2+CsI+NaBr)との質量比を1:0.2、PbI2と(CsI+NaBr)とのモル比を1:0.1、CsIとNaBrとのモル比を1:0.001に制御した。溶液(1)と溶液(2)とを質量比1:0.02で均一に混合して撹拌した。前駆体溶液を溶液沈降法によりガラスシャーレ中に移転し、前駆体溶液のガラスシャーレにおける厚さを5mm、真空乾燥機における気圧を0.05MPa、温度を110℃に制御し、10h乾燥してγ-CsPbI3/NaPbBr0.1I2.9コア-シェル構造の量子ドット/PVDF複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体ポリメタクリル酸メチル(PMMA)とN,N-ジメチルホルムアミドとの質量比を1:10にし、さらに添加剤CdBr2を添加して、重合体マトリックスと添加剤との質量比を1:0.01に制御し、6h以上機械的撹拌混合し、清澄透明な溶液を得た。溶液(2)中に、有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)であり、有機溶媒と(PbI2+CsI+RbBr)との質量比を1:0.9、PbI2とCsIとのモル比を1:3、CsIとRbBrとのモル比を1:5に制御した。前駆体溶液中に、溶液(1):溶液(2)の質量比を1:3に制御し、18h機械的撹拌して、清澄透明な前駆体溶液を得た。前駆体溶液を沈降してガラスシャーレ中に移転し、前駆体溶液のガラスシャーレにおける厚さを3mm、真空乾燥機における気圧を0.05MPa、温度を150℃に制御し、8h乾燥して、γ-CsPbI3/Rb4PbBr3I3コア-シェル構造の量子ドット/PVDF複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例7と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体と有機溶媒との質量比を1:4に制御し、添加剤CdI2を添加し、重合体と添加剤CdI2との質量比を1:0.01に制御した。6h以上機械的撹拌し、清澄透明な溶液を得た。溶液(2)中に、PbI2と(CsI+RbCl)とのモル比を1:0.5、CsIとRbClとのモル比を1:10、溶媒と(PbI2+CsI+RbCl)との質量比を1:0.01に制御し、6h以上機械的撹拌し、清澄透明な溶液を得た。前駆体溶液中に、溶液(1)と溶液(2)との質量比を1:0.1に制御し、12h機械的撹拌した。前駆体溶液をエレクトロスピニング法により透明なPETシート上に移転し、前駆体溶液の透明PETシート上における厚さを2mm、真空乾燥機の気圧を0.07MPa、温度を40℃に制御し、15min乾燥して有機溶媒を除去した。溶媒を除去したガラスシートを真空乾燥機から取り出し、80℃のホットプレート上に1h放置し、CsPbI3量子ドットをPMMAマトリックスにおいてインサイチュで生成し、γ-CsPbI3/Rb4PbCl6コア-シェル構造の量子ドット/PMMA複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例8と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体をポリスルフォン(PSF)にし、添加剤をZnBr2にし、重合体と添加剤との質量比を1:0.003にした。溶液(2)中に、有機溶媒と(PbI2+CsI+RbCl)との質量比を1:0.03にした。前駆体溶液を移転する時に、前駆体溶液の透明PETシート上における厚さを0.5mmに制御した。透明PETシート上に付着したγ-CsPbI3/RbPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PSF複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体をポリフッ化ビニリデン(PVDF)にし、有機溶媒をN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)にした。重合体:有機溶媒の質量比を1:15にした。溶液(2)中に、有機溶媒をN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)にし、有機溶媒と(PbI2+CsI+N-フェニルグリシンカリウム塩)との質量比を1:0.1、PbI2:(CsI+N-フェニルグリシンカリウム塩)のモル比を1:0.6、CsIとN-フェニルグリシンカリウム塩とのモル比を1:2にした。前駆体溶液中に、溶液(1)と溶液(2)との質量比を1:0.1に制御した。前駆体溶液をスプレー法により透明ポリカーボネート(PC)シート上に移転し、前駆体溶液の透明ポリカーボネート(PC)シート上の厚さを1mm、真空乾燥機の気圧を0.02MPa、温度を20℃に制御し、30min乾燥して溶媒を除去した。溶媒を除去したガラスシートを真空乾燥機から取り出し、100℃のホットプレート上に1h放置し、透明ポリカーボネート(PC)シート上に付着したγ-CsPbI3/KPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PVDF複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体と有機溶媒との質量比を1:7にし、前記重合体は、質量比が1:1のポリメタクリル酸メチル(PMMA)とポリアクリロニトリル(PAN)との混合物である。さらに添加剤SnI2を添加し、マトリックスと添加剤との質量比を1:0.4にし、6h以上機械的撹拌し、清澄透明な溶液を得た。溶液(2)中に、溶媒と(PbI2+CsI)との質量比を1:0.8にし、さらにヨウ化オクチルアミンを配位子として添加し、(PbI2+CsI+RbI)とヨウ化オクチルアミンとの質量比を1:0.1にし、6h以上機械的撹拌し、清澄透明な溶液を得た。溶液(1)と溶液(2)との質量比を1:2に制御し、18h機械的撹拌し、均一に混合した前駆体溶液を得た。前駆体溶液をスプレー法により透明ポリカーボネート(PC)シート上に移転し、均一な分布を実現し、前駆体溶液の透明ポリカーボネート(PC)シート上の厚さを0.004mmに制御し、その後、前駆体溶液を塗布した透明ポリカーボネート(PC)シートを真空乾燥機中に放置し、真空乾燥機中の気圧を0.1MPa、温度を50℃にし、20min乾燥して有機溶媒を除去し、透明ポリカーボネート(PC)シート上に付着したγ-CsPbI3/RbPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PMMA/PAN複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、使用される添加剤がSnBr2であり、重合体マトリックスとSnBr2との質量比を1:0.01にした。溶液(2)中に、PbI2:CsIのモル比を1:0.4に制御し、表面配位子がペンタン酸であり、(PbI2+CsI+RbI)とペンタン酸との質量比を1:0.001にした。前駆体溶液中に、溶液(1)と溶液(2)との質量比を1:2に制御し、24h以上機械的撹拌した。前駆体溶液をキャスティング法により透明シリカゲルシート上に移転し、前駆体溶液の透明シリカゲルシート上における厚さを1mmに制御し、真空乾燥機中の気圧を0.03MPa、温度を100℃にし、48h乾燥し、透明シリカゲルシート上に付着したγ-CsPbI3/RbPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PMMA複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例12と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体がポリフッ化ビニリデン(PVDF)であり、有機溶媒とポリフッ化ビニリデン(PVDF)との質量比を1:7にし、添加剤をZnI2にし、マトリックスとZnI2との質量比を1:0.015にした。溶液(2)中に、PbI2と(CsI+RbBr)とのモル比を1:1.1、CsIとRbBrとのモル比を1:10にし、添加する表面配位子を3,5-ジメチルアニリンにし、(PbI2+CsI+RbBr)と3,5-ジメチルアニリンとの質量比を1:0.1にした。溶液(1)と溶液(2)との質量比を1:1に制御した。透明シリカゲルシート上に付着したγ-CsPbI3/Rb4PbBr6コア-シェル構造の量子ドット/PVDF複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、添加剤SnI2を添加し、マトリックスPMMAとSnI2との質量比を1:0.4にした。溶液(2)中に、PbI2と(CsI+LiCl)とのモル比を1:0.9、CsIとLiClとのモル比を1:0.005にし、さらに表面配位子であるヨウ化ドデシルアミンを添加し、(PbI2+CsI+LiCl)とヨウ化ドデシルアミンとの質量比を1:1にした。塗布した後に放置するホットプレートの温度を120℃、加熱時間を40minにし、γ-CsPbI3/LiPbCl3コア-シェル構造の量子ドット/PMMA複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体マトリックスと有機溶媒との質量比を1:10にし、重合体がポリカーボネート(PC)であり、有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)である。溶液(2)中に添加される表面配位子が酢酸及びドデシルアミンであり、酢酸とドデシルアミンとの質量比を1:3、(PbI2+CsI+RbI)と表面配位子との質量比を1:0.02、CsIとRbIとのモル比を1:8にした。前駆体溶液中に、溶液(1)と溶液(2)との質量比を1:0.8にした。ホットプレートの加熱温度を120℃に制御し、30min乾燥させ、γ-CsPbI3-RbIヘテロ接合構造の量子ドット/PC複合薄膜を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中の重合体マトリックスがポリスチレン(PS)であり、マトリックスと有機溶媒との質量比を1:20にし、有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)である。溶液(2)中に添加される表面配位子が臭化オクチルアミンであり、(PbI2+CsI+KBr)と表面配位子である臭化オクチルアミンとの質量比を1:0.6にし、CsIとKBrとのモル比を1:10にした。前駆体溶液中に、溶液(1)と溶液(2)との質量比を1:0.6にした。前駆体溶液をスピンコート法により透明石英ガラスシート上に移転し、前駆体溶液の透明石英ガラスシート上における厚さを1mm、真空乾燥機中の気圧を0.1MPa、温度を130℃に制御し、72h乾燥させ、γ-CsPbI3-K4PbBr6ヘテロ接合構造の量子ドット/PS複合材料を得た。
その他の工程が実施例1と同様であり、ただし、以下の点で異なる。溶液(1)中に、重合体と有機溶媒との質量比を1:10に制御し、重合体がポリフッ化ビニリデン(PVDF)、有機溶媒がジメチルアセトアミド(DMAc)である。溶液(2)中に、PbI2:CsIのモル比を1:2に制御し、有機溶媒をジメチルアセトアミド(DMAc)にし、有機溶媒と(PbI2+CsI+RbI)との質量比を1:1.5にし、有機配位子をペンタン酸及び3-ビニルエチルアミンにし、ペンタン酸と3-ビニルエチルアミンとの質量比を1:5にし、(PbI2+CsI)と有機配位子との質量比を1:0.01にした。前駆体溶液をスピンコート法によりITOガラス上に移転し、前駆体溶液のITOガラス上における厚さを0.1mm、真空乾燥機中の気圧を0.02MPa、温度を40℃に制御し、15min乾燥させ、有機溶媒を除去した。有機溶媒を除去したITOガラスシートを130℃のホットプレート上に放置して45minべークし、棒状のγ-CsPbI3/RbPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PVDF複合材料を得た。
本発明における半導体デバイスがフレキシブルデバイスであってもよく、構造概略図が図7に示すとおりであり、上記複合発光材料が薄膜であって、そのままエレクトロルミネッセンスデバイスにおけるフレキシブル性透明基材の形成に用いられてもよい。該フレキシブルデバイス中にはさらにエレクトロルミネッセンス材料で構成される発光層を有してもよく、γ-CsPbI3量子ドット粒子のフォトルミネッセンス性質とエレクトロルミネッセンスの発光とを組み合わせることにより、該フレキシブルデバイスの発光性能をさらに向上させることができる。当業者であれば、上記フレキシブルデバイス中にはそのデバイス性能を実現するための構造、例えば図9に示す金属陰極、金属陽極、電子輸送層、正孔輸送層等をさらに有してもよいと理解され得、ここではその説明を省略する。
実施例5で製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜を基礎にし、高色域の白色光LED発光材料を製造し、具体的な工程は以下の通りである。
(1)CH3NH3PbBr3量子ドット/PVDF緑色発光複合薄膜材料の製造
第1溶液中に、重合体:有機溶媒の質量比=1:5であり、重合体がポリフッ化ビニリデン(PVDF)であり、有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)である。12h機械的撹拌して、清澄透明な溶液を得た。第2溶液中にPbBr2とCH3NH3Brとのモル比を1:1、有機溶媒:PbBr2の質量比を1:0.01にし、有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)である。12h機械的撹拌し、清澄透明な溶液を得た。第1溶液と第2溶液との質量比を1:0.2に制御し、24h機械的撹拌し、均一に混合した前駆体溶液を得た。
(2)上記工程(1)に記載の前駆体溶液をスピンコート方法により透明なPET薄膜上に移転し、前駆体溶液の透明PET薄膜上における厚さを0.5mmに制御し、その後、前駆体溶液が付着したPET透明薄膜を真空乾燥機中に放置し、真空乾燥機の気圧を0.1MPa、温度を30℃にし、48h乾燥させ、CH3NH3PbBr3量子ドット/PVDF緑色発光複合薄膜を得た。
(3)製造したCH3NH3PbBr3量子ドット/PVDF緑色発光複合薄膜と、実施例5で製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜とを組み合わせ、白色光LEDデバイス構造中に適用し、高色域の白色光LEDデバイスを得、図8は前記二色発光薄膜の構造概略図である。
本実施例で使用するCH3NH3PbBr3量子ドット/PVDF緑色発光複合薄膜材料は、公開番号WO2016180364A1であって、発明の名称が「ペロブスカイト/ポリマー複合発光材料、製造方法及び用途」である発明に公開された方法により合成して得てもよいし、北京理工大学により提供されてもよい。
実施例5で製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜を基礎にし、高色域の白色光LED発光材料を製造し、具体的な工程は以下の通りである。
製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜側に有機接着剤を塗布し、実施例19の工程(2)で製造したCH3NH3PbBr3量子ドット/PVDF複合薄膜側と貼り合わせ、50℃で1h乾燥させ、接着剤を硬化させ、赤色光及び緑色光二色発光性複合材料を得た。
その他の工程が実施例19と同様であり、ただし、以下の点で異なる。CH3NH3PbBr3量子ドット/PVDF複合薄膜のPETマトリックス側が接着剤と貼り付け、乾燥後に赤色光及び緑色光二色発光性複合材料を得た。
実施例5で製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜複合材料を基礎にし、高色域の白色光LED発光材料を製造し、具体的な工程は以下の通りである。
実施例19の工程(1)で製造した前駆体溶液をスピンコート方法により、製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜の量子ドット膜側に塗布し、その後、CH3NH3PbBr3量子ドット/PVDF複合薄膜前駆体溶液が付着したCsPbI3量子ドット/PMMA複合材料薄膜を真空乾燥機中に放置し、真空乾燥機の気圧を0.1MPa、温度を30℃にし、48h乾燥させ、赤色光及び緑色光二色発光性複合材料を得た。
その他の工程が実施例22と同様であり、ただし、以下の点で異なる。γ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合量子ドット膜側にポリカーボネート(PC)有機溶液を塗布し、前記溶液の有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)であり、有機溶媒とポリカーボネート(PC)との質量比を1:0.8にした。ポリカーボネート(PC)有機溶液を塗布したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合量子ドット膜を真空乾燥機中に放置し、真空乾燥機の気圧を0.1MPa、温度を30℃にし、48h乾燥させ、ポリカーボネート(PC)薄膜で遮蔽されるCsPbI3量子ドット/PMMA複合材料量子ドット膜を得た。さらに、実施例19の工程(1)で製造した前駆体溶液をスピンコート方法により、製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合量子ドット膜のポリカーボネート(PC)遮蔽膜側に塗布し、その後、CH3NH3PbBr3量子ドット/PVDF複合薄膜前駆体溶液が付着したCsPbI3量子ドット/PMMA複合材料薄膜を真空乾燥機中に放置し、真空乾燥機の気圧を0.1MPa、温度を30℃にし、48h乾燥させ、赤色光及び緑色光二色発光性複合材料を得た。
上記複合発光材料は、さらにLCD表示デバイスに適用可能である。具体的に、図9及び10を参照する。まず、γ-CsPbI3量子ドット/重合体複合赤色光薄膜とペロブスカイト量子ドット/重合体複合緑色光薄膜とを組み合わせて、二色(赤色光及び緑色光)発光薄膜を製造した。さらに、該二色発光薄膜をLCDバックライトモジュールの多層膜構造の間に挿入してもよいし、上記複合発光材料をLCDバックライトモジュールにおける導光板、拡散膜又はプリズム膜の上表面又は下表面上に直接に塗布してもよく、これにより、青色光LEDを光源とした高色域LCDバックライトモジュールを実現することができる。
実施例5で製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合量子ドット膜を基礎にし、液晶ディスプレイ(LCD)用の高色域のバックライト源を製造し、42インチのLCDを例として、具体的な工程は以下の通りである。
(1)42インチのCsPbI3量子ドット/PMMA複合発光薄膜の製造
実施例5の実験方案に従い所望の質量の前駆体溶液を調製し、ナイフコーティング装置で上記前駆体溶液を、対応するサイズのガラス基材上に均一に移転し、前駆体溶液の厚さを0.2mmに制御し、その後、前駆体溶液を含有するガラス板を真空乾燥機中に放置し、0.05MPa、150℃で6h乾燥させ、取り出して使用に備える。次いで、膜移転技術を用いて、製造したCsPbI3量子ドット/PMMA複合発光薄膜をLCDバックライトモジュールにおける導光板、拡散膜又はプリズム膜上に移転し、プロセスを簡略化するために、上記前駆体溶液をナイフコーティング装置によりLCDバックライトモジュールの導光板、拡散膜又はプリズム膜上に直接に移転し、さらに同様な条件で乾燥させ、一体化した発光層を形成することもできる。
(2)42インチのCsPbI3量子ドット/PMMA発光層の製造
実施例5の実験方案に従い前駆体溶液を調製し、ナイフコーティング装置を用いて上記前駆体溶液を基材上に均一に移転し、ここで、使用する基材はガラス板又はLCDバックライトモジュールの導光板、拡散膜、プリズム膜を含み、前駆体溶液の厚さを0.1mmに制御し、真空乾燥機中に放置し、0.05MPa、150℃で6h乾燥させ、取り出して高発光効率のCsPbI3量子ドット/PMMA赤色発光複合薄膜を得た。
(3)LCDバックライトモジュールの組み立て
工程(1)及び(2)で得られた発光膜をLCDバックライトモジュール中に挿入し、LCDバックライトモジュールの光源を青色光光源で置き換えてもよい。青色光光源は、導光板を透過した後にさらに赤色発光層及び緑色発光層を通過し、最後に赤緑青の三原色複合の白色光を得た。
本実施例は、ペロブスカイト/重合体複合発光材料を基礎にし、圧電デバイスを製造し、具体的な工程は以下の通りである。
(1)実施例8の実験方案に従い前駆体溶液を調製し、その後、上記前駆体溶液を基材上に均一に塗布し、ここで使用する基材は、ITO導電ガラス又は表面金/銀メッキのPET、PCフレキシブル性重合体基材を含む。前駆体溶液の厚さを0.5mmに制御し、真空乾燥機中に放置し、0.05MPa、150℃で6h乾燥させ、取り出して高発光効率のγ-CsPbI3/Rb4PbCl6コア-シェル構造の量子ドット/PMMA赤色発光複合薄膜を得た。
(2)製造したγ-CsPbI3/Rb4PbCl6コア-シェル構造の量子ドット/PMMA赤色発光複合薄膜表面上に金電極又は銀電極をメッキし、その後、電極上方に保護層を1層塗布し、簡易な圧電デバイスプロトタイプを得、導線により複合薄膜に基づく圧電デバイスの両極をオシロスコープに接続する。
(3)製造した複合薄膜に基づく圧電デバイスに周期的作用力を印加し、オシロスコープにおいて周期的パルス圧電信号を観察することができる。
実施例5で製造したγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜を基礎にし、太陽エネルギー集光装置を製造し、400平方センチメートルの集光装置を例として、具体的な工程は以下の通りである。
(1)400平方センチメートルのγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜の製造
実施例5の実験方案に従い所望の質量の前駆体溶液を調製し、ナイフコーティング装置を用いて上記前駆体溶液を、対応するサイズのガラス基材上に均一に移転し、ガラス基材の厚さを2mmにし、長、幅をいずれも20cmにした。前駆体溶液の厚さを0.2mmに制御し、その後、前駆体溶液を含有するガラス板を真空乾燥機中に放置し、0.05MPa、150℃で6h乾燥させ、取り出して使用に備える。
(2)集光装置の製造
工程(1)においてγ-CsPbI3/LiPbI3コア-シェル構造の量子ドット/PAN複合薄膜を塗布したガラス板を蒸着装置中に放置し、ガラス板の3つの側面にアルミニウムを蒸着し、蒸着したアルミニウム膜の厚さが2μmである。アルミニウムを蒸着したガラス板を取り出し、ストリップ状ポリシリコン太陽電池板を、ガラス板のアルミニウムを蒸着していない側面に組み立てた。太陽電池板の回路を導通し、太陽エネルギー集光装置を製造した。
Claims (18)
- ペロブスカイトナノ材料とマトリックスとを含み、
前記ペロブスカイトナノ材料はコア-シェル構造であり、
コアがγ-CsPbI 3 であり、
シェルがMPbX 3 、M 4 PbX 6 のうちの少なくとも1種を含み、その中、Mが、Li、Na、K、Rbから選択される少なくとも1種であり、Xが、ハロゲン元素から選択される少なくとも1種であることを特徴とする複合発光材料。 - 前記ペロブスカイトナノ材料が前記マトリックス中に分散されることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。
- 前記ペロブスカイトナノ材料の粒子サイズが20nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。
- 前記ペロブスカイトナノ材料はコア-シェル構造であり、
コアがγ-CsPbI3であり、
シェルがRbPbI3であることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。 - 前記複合発光材料の発光ピークが600~680nmであることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。
- 前記ペロブスカイトナノ材料中に、γ-CsPbI3と添加元素Mとのモル比が1:0.01~10であることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。
- 前記ペロブスカイトナノ材料中に、γ-CsPbI3と添加元素Mとのモル比が1:0.5~2であることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。
- 前記マトリックスが重合体であり、前記重合体が、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、酢酸セルロース、シアノセルロース、ポリスルフォン、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。
- 前記ペロブスカイトナノ材料と前記マトリックスとの質量比が1:1~100であることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。
- 前記複合発光材料は添加剤をさらに含み、前記添加剤が前記マトリックス中に分散されており、
前記添加剤が、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、臭化第1スズ、ヨウ化第1スズ、臭化カドミウム、ヨウ化カドミウムから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。 - 前記マトリックスと添加剤との質量比が1:0.001~0.5であることを特徴とする請求項10に記載の複合発光材料。
- 前記ペロブスカイトナノ材料は、表面配位子をさらに含み、前記表面配位子がγ-CsPbI3の表面に形成され、
前記表面配位子は、有機酸、有機酸ハロゲン化物、C4~C24有機アミン、C4~C24有機アミンのハロゲン化物のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1に記載の複合発光材料。 - γ-CsPbI3と前記表面配位子との質量比が1:0.001~1であることを特徴とする請求項12に記載の複合発光材料。
- (1)マトリックス、ペロブスカイト前駆体、及び添加元素Mを含有する前駆体溶液を得る工程と、
(2)前記前駆体溶液を成形し、前記変性ペロブスカイトナノ材料を得る工程と、
を含むことを特徴とする請求項1~13のいずれか1項に記載の複合発光材料の製造方法。 - 前記添加元素Mは、添加元素M含有化合物に由来し、
前記添加元素M含有化合物が、LiCl、NaCl、KCl、RbCl、LiBr、NaBr、KBr、RbBr、LiI、NaI、KI、RbI、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Li金属有機物、Na金属有機物、K金属有機物、Rb金属有機物から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項14に記載の複合発光材料の製造方法。 - 工程(1)は、
(s11)マトリックスを含有する溶液(1)を得る工程と、
(s12)CsI、PbI2、添加元素Mを含有する溶液(2)を得る工程と、
(s13)溶液(1)と溶液(2)とを混合し、前記前駆体溶液を得る工程と、
を含むことを特徴とする請求項14に記載の複合発光材料の製造方法。 - 前記溶液(1)中には添加剤をさらに含み、前記添加剤が、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、臭化第1スズ、ヨウ化第1スズ、臭化カドミウム、ヨウ化カドミウムから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項16に記載の複合発光材料の製造方法。
- 前記溶液(2)中には表面配位子をさらに含有し、
前記表面配位子は、有機酸、有機酸ハロゲン化物、C4~C24有機アミン、C4~C24有機アミンのハロゲン化物のうちの少なくとも1種を含有し、
前記表面配位子は、工程(s12)において添加されることを特徴とする請求項16に記載の複合発光材料の製造方法。
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