TWI733756B - 奈米晶體環氧樹脂硫醇複合材料及奈米晶體環氧樹脂硫醇複合薄膜 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種奈米晶體複合物，其包含a)複數個奈米晶體，其包含包含金屬或半導電化合物或其混合物之核心及至少一個配體，其中該核心係由至少一個配體包圍，b)聚合基質，其中該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂及具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成或該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂、具有2至10個官能度之(甲基)丙烯酸酯及具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成，且其中該等奈米晶體係包埋於該聚合基質中。
Description
本發明係關於在聚合基質中包含奈米晶體之奈米晶體複合物。本發明之複合物向奈米晶體提供熱及光熱穩定性。
半導體奈米晶體可用作光降頻轉換器(down-converter)，亦即，將波長較短之光轉化成波長較長之光。奈米晶體(NC)複合物在廣泛範圍之應用中使用，包括顯示器、照明裝置、安全油墨、生物標記裝置及太陽能集中器。在所有情形下，NC複合物暴露於一定光通量及溫度下。NC複合物在空氣及水分之存在下暴露於光子及溫度引起複合物光學性質之下降。 NC複合物用於光降頻轉換應用中。現有技術NC複合物因暴露至溫度及光子而隨時間劣化。為改良NC之穩定性，複合物需要針對氧氣及水分之額外保護，例如藉由高性能障壁薄膜或玻璃封裝保護。為避免空氣及水分在經封裝之NC複合物中存在，製造必須在惰性氣氛下實施。 NC在溶液中合成並可進一步包埋於聚合物基質中，該等基質起載體及第一保護層之作用。將NC溶液與聚合物溶液或交聯調配物物理混合係業內用於獲得NC-聚合物複合材料之常用方法。 用於降頻轉換中之NC複合物之最常見基質係基於丙烯酸酯或環氧樹脂。藉由UV輻照及/或升高溫度所起始之快速固化速度使其易於處理用於大規模薄膜製造。包埋於基於丙烯酸酯或環氧樹脂之基質中之NC傾向於在操作條件下劣化。因此，需要額外障壁薄膜以防止氧氣及水分在黏著劑內部滲透，此增加最終產物之成本及厚度。 為克服關於NC之熱及光子劣化之問題，已使用並報導兩種方法。在第一種方法中，將含有NC之環氧-胺樹脂置於障壁層之間。然而，此方法提供較厚產物且生產較昂貴。儘管使用障壁層，但氧氣及水分仍滲透產物未經保護之邊緣並導致該等區域中之劣化。此意味著使用目前可用之障壁薄膜，光熱及熱可靠性並不總是充分。另外，現有障壁薄膜在QD薄膜之切緣處不提供充分的障壁保護，此導致邊緣進入。此等無效邊緣之寬度隨老化時間而增長。在第二種方法中，將NC包埋於丙烯酸可聚合調配物中並隨後在玻璃管內部進一步封裝NC複合物。該製程需要在無氧氣及/或水分之環境下之複雜生產線。此外，此等脆性產物需要調整產物架構及製造製程。 在另一方法中，已使用硫醇作為量子點(QD)複合物之黏著基質之一部分。已發現硫醇有益於其熱穩定性，擴展具有良好QD分散之基質化學品之範圍。然而，與現有技術聚合物基質組合不能完全防止由光子引起之劣化。 因此，仍然需要包含障壁層之奈米晶體複合物，其向奈米晶體提供改良之熱及光熱穩定性。
本發明係關於奈米晶體複合物，其包含a)複數個奈米晶體，其包含包含金屬或半導電化合物或其混合物之核心及至少一個配體，其中該核心由至少一個配體包圍，b)聚合基質，其中該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂與具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成或該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂、具有2至10個官能度之(甲基)丙烯酸酯及具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成，且其中該等奈米晶體係包埋於該聚合基質中。 本發明亦關於經固化之本發明奈米晶體複合物。 本發明涵蓋包含本發明奈米晶體複合物之薄膜，其中該薄膜包含第一障壁薄膜及第二障壁薄膜，其中該奈米晶體複合物係在第一障壁薄膜與第二障壁薄膜之間。 本發明亦涵蓋包含本發明奈米晶體複合物之產品，其中該產品係選自由以下組成之群：顯示裝置、發光裝置、光伏打電池、光檢測器、能量轉換裝置、雷射器、感測器、熱電裝置、安全油墨、照明裝置及在催化或生物醫學應用中。 本發明亦關於本發明奈米晶體複合物作為光致發光源或電致發光源之用途。
在以下段落中更詳細地闡述本發明。除非明確指示相反之情形，否則如此闡述之每一態樣皆可與任何其他態樣組合。具體而言，指示為較佳或有利之任一特徵可與指示為較佳或有利之任何其他特徵組合。 在本發明之上下文中，除非上下文另外指示，否則所用術語應根據以下定義來理解。 除非上下文另外明確指示，否則如本文所用單數形式「一(a、an)」及「該(the)」包括單數及複數指示物二者。 如本文所用術語「包含(comprising、comprises及comprised of)」與「包括(including、includes)」或「含有(containing、contains)」同義，並具囊括性或開放性且不排除額外的未列舉之成員、要素或方法步驟。 數值端點之列舉包括在各別範圍內所包含之所有數字及分數以及所列舉之端點。 當以範圍、較佳範圍或較佳上限值及較佳下限值之形式表示量、濃度或其他值或參數時，應理解為具體揭示藉由將任一上限或較佳值與任一下限或較佳值組合所得之任何範圍，而不考慮所得範圍是否在上下文中明確提及。 本說明書中所引用之所有參考文獻皆係以引用方式全部併入本文中。 除非另外定義，否則包括技術及科學術語之本發明中所用之所有術語皆具有如熟習本發明所屬技術者通常所理解之意義。藉助進一步指導，包括術語定義以更好地理解本發明之教示。 如本文所用，使用術語「(甲基)」及隨後另一術語(例如，丙烯酸酯)，係指丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯二者。舉例而言，術語「(甲基)丙烯酸酯」係指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。 本發明提出一類聚合物基質，其自身起保護NC之作用。 本發明提供奈米晶體複合物，其包含a)複數個奈米晶體，其包含包含金屬或半導電化合物或其混合物之核心及至少一個配體，其中該核心由至少一個配體包圍，b)聚合基質，其中該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂及具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成或該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂、具有2至10個官能度之(甲基)丙烯酸酯及具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成，且其中該等奈米晶體係包埋於該聚合基質中。 本發明之奈米晶體複合物為奈米晶體提供增加之光熱及熱穩定性。另外，本發明之奈米晶體複合物提供較小邊緣進入且易於處理。 本發明之所有特徵將詳細論述。 本發明之NC複合物包含複數個包含核心之NC，該核心包含金屬或半導電化合物或其混合物。 本發明NC之核心具有包括單獨核心或核心及一或多個包圍核心之殼之結構。每個殼可具有包含一或多層之結構，意指每個殼可具有單層或多層結構。每一層可具有單一組合物或合金或濃度梯度。 在一個實施例中，本發明NC之核心具有包含核心及至少一個單層或多層殼之結構。然而，在另一實施例中，本發明奈米晶體之核心具有包含核心及至少兩個單層及/或多層殼之結構。 較佳地，本發明NC之核心的大小小於100 nm、更佳小於50 nm、更佳小於10 nm，然而，核心較佳大於1 nm。粒徑係使用透射電子顯微鏡(TEM)量測。 奈米晶體之形狀可選自廣泛範圍之幾何結構。較佳地本發明NC之核心之形狀係球形、矩形、桿形、四足形、三足形或三角形。 NC之核心係由金屬或半導電化合物或其混合物構成。此外，金屬或半導電化合物係一或多種元素之組合，該等元素係選自週期表之一或多個不同族之組合。 較佳地，金屬或半導電化合物係一或多種選自IV族之元素；一或多種選自II族及VI族之元素；一或多種選自III族及V族之元素；一或多種選自IV族及VI族之元素；一或多種選自I族及III族及VI族或其組合之元素之組合。 更佳地，該金屬或半導電化合物係選自由以下組成之群：Si、Ge、SiC、SiGe、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、GaN、GaP、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb3
、InN3
、InP、InAs、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、CuInS2
、CuInSe2
、CuGaS2
、CuGaSe2
、AgInS2
、AgInSe2
、AgGaS2
及AgGaSe2
，且甚至更佳地該金屬或半導電化合物係選自由CdSe、InP及其混合物組成之群。 較佳金屬或半導電化合物提供更好的光學性質。CdSe因其提供最佳光學性質而極佳，另一方面，InP提供無Cd之NC之最佳光學性質且因此毒性更低。 較佳地，本發明之NC具有1 nm至100 nm、較佳1 nm至50 nm且更佳1 nm至15 nm範圍內之顆粒直徑(例如，包括核心及殼之最大顆粒直徑)。粒徑係使用透射電子顯微鏡(TEM)量測。 NC之核心由至少一個配體包圍。較佳地，NC之全表面由配體覆蓋。根據理論認為，當NC之全表面由配體覆蓋時，NC之光學性能更佳。 本發明之NC由配體包圍，然而，其並非在配體之存在下合成，如在文獻中闡述之許多方法中一般。在此意義下，本發明之NC並非官能化顆粒。 用於本發明中之適宜配體係烷基膦、烷基氧化膦、胺、硫醇、羧酸、膦酸及類似化合物及其混合物。 在本發明中用作配體之適宜烷基膦之實例係三正辛基膦、參羥基丙基膦、三丁基膦、三(十二烷基)膦、亞磷酸二丁基酯、亞磷酸三丁基酯、亞磷酸三(十八烷基)酯、亞磷酸三月桂基酯、亞磷酸參(十三烷基)酯、亞磷酸三異癸基酯、磷酸雙(2-乙基己基)酯、磷酸參(十三烷基)酯及其混合物。 在本發明中用作配體之適宜烷基氧化膦之實例係三正辛基氧化膦。 在本發明中用作配體之適宜胺之實例係油胺、十六烷基胺、十八烷基胺、雙(2-乙基己基)胺、二辛胺、三辛胺、辛胺、十二烷基胺/月桂基胺、雙十二烷基胺、三(十二烷基)胺、二(十八烷基)胺、三(十八烷基)胺及其混合物。一級胺由於立體阻礙較小故作為配體較佳。 在本發明中用作配體之適宜硫醇之實例係1-十二烷硫醇。硫醇亦可以其去質子化之形式在本發明中使用。 在本發明中用作配體之適宜羧酸及膦酸之實例係油酸、苯基膦酸、己基膦酸、十四烷基膦酸、辛基膦酸、十八烷基膦酸、伸丙基二膦酸、苯基膦酸、胺基己基膦酸及其混合物。 羧酸及膦酸亦可以其去質子化之形式在本發明中使用。 用於本發明中之其他適宜配體之實例係二辛醚、二苯醚、肉豆蔻酸甲酯、辛酸辛酯、辛酸己酯、吡啶及其混合物。 所選配體在溶液中穩定NC。 用於本發明中之市售NC係(例如)來自SigmaAldrich之CdSeS/ZnS。 本發明之NC複合物包含以重量計複合物總重量之0.01%至10%、較佳0.05%至7.5%、更佳0.1%至5%之NC。 NC複合物亦可利用較高NC量來製備，然而，若該量＞10%，則QD之光學性質將由於其間之相互作用而受到負面影響。另一方面，若該量＜0.01%，則形成之薄膜將展現極低亮度。 根據本發明，NC係包埋於聚合基質中。本發明奈米晶體複合物包含以重量計複合物總重量之90%至99.99%、較佳92.5%至99.95%、更佳95%至99.9%之聚合物基質。若聚合基質之量低於90%且NC之量大於10%，則奈米晶體之光學性質將由於其間之相互作用而受到負面影響。 本發明之適宜聚合基質係環氧樹脂硫醇或環氧樹脂硫醇(甲基)丙烯酸酯基質。 本發明之聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂及具有2至10個官能度之聚硫醇之熱或UV誘導反應形成或該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂、具有2至10個官能度之(甲基)丙烯酸酯及具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成。 本申請人已發現本發明之聚合基質向NC提供高度熱及光熱穩定性。 本發明之聚合基質係自具有2至10個、較佳2至6個、更佳2至4個且甚至更佳3至4個官能度之聚硫醇形成。 用於本發明中之適宜聚硫醇係選自由以下組成之群：
其中n係2-10，R1
及R2
相同或不同且獨立地選自-CH2
-CH(SH)CH3
及-CH2
-CH2
-SH；
其中R3
、R4
、R5
及R6
相同或不同且獨立地選自-C(O)-CH2
-CH2
-SH、-C(O)-CH2
-CH(SH)CH3
、-CH2
-C(-CH2
-O-C(O)-CH2
-CH2
-SH)3
、-C(O)-CH2
-SH、-C(O)-CH(SH)-CH3
；
其中R7
、R8
及R9
相同或不同且獨立地選自-C(O)-CH2
-CH2
-SH、-C(O)-CH2
-CH(SH)CH3
、-[CH2
-CH2
-O-]o
-C(O)-CH2
-CH2
-SH、-C(O)-CH2
-SH、-C(O)-CH(SH)-CH3
且o係1-10；
其中m係2-10，R10
、R11
及R12
相同或不同且獨立地選自-CH2
-CH2
SH、-CH2
-CH(SH)CH3
、-C(O)-CH2
-SH、-C(O)-CH(SH)-CH3
；及其混合物。 較佳地該聚硫醇係選自由以下組成之群：乙二醇二(3-巰基丙酸酯)、新戊四醇四(3-巰基丁酸酯)、1,3,5-參(3-巰基丁氧基乙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、1,4-雙(3-巰基丁醯氧基)丁烷、參[2-(3-巰基丙醯氧基)乙基]異氰尿酸酯、新戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3-巰基丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3-巰基丁酸酯)、乙氧基化三羥甲基丙烷三-3-巰基丙酸酯、二新戊四醇六(3-巰基丙酸酯)及其混合物，更佳地該聚硫醇係選自由以下組成之群之一級硫醇：乙二醇二(3-巰基丙酸酯)、參[2-(3-巰基丙醯氧基)乙基]異氰尿酸酯、新戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3-巰基丙酸酯)、乙氧基化三羥甲基丙烷三-3-巰基丙酸酯、二新戊四醇六(3-巰基丙酸酯)及其混合物，且甚至更佳地該聚硫醇係選自由以下組成之群：參[2-(3-巰基丙醯氧基)乙基]異氰尿酸酯、新戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3-巰基丙酸酯)及其混合物。 較佳聚硫醇係由於其提供適當黏度及固化速度(在幾分鐘至1小時內)之事實而合意。另外，較佳硫醇與環氧化物及/或(甲基)丙烯酸酯及奈米晶體之組合產生具有期望機械性質之薄膜，該薄膜不會過度脆弱或橡膠質且良好黏附至障壁薄膜。 適用於本發明中之市售聚硫醇係來自Bruno Bock之Thiocure® TMPMP。 本發明奈米晶體複合物之硫醇含量以重量計係聚合基質之總重量之10%至90%、較佳20%至80%、更佳30%至70%。 完全且良好之固化需要足量硫醇。若硫醇之量過低，則基質固化不完全。稍微過量之硫醇可有益於光學性質，此乃因其導致環氧基之最大轉化。未反應之環氧基不利於熱穩定性。 本發明之聚合基質係自具有2至10個、較佳2至6個且更佳2至4個官能度之環氧化物形成。 用於本發明中之適宜環氧化物係選自由以下組成之群：
其中R13
係選自
、
、
及
；
其中a係2-10、較佳4-6且R14
係選自
、
、
及
；
其中b係2-10、較佳4-6，更佳b係4；
；
；
；
；
；
； 及其混合物。 較佳地該環氧樹脂係選自由以下組成之群：2,2-雙[4-(縮水甘油氧基)苯基]丙烷、雙酚A二縮水甘油醚、1,4-丁二醇二縮水甘油醚、雙酚F縮水甘油醚及其混合物。 雙酚A環氧樹脂由於其透明度及良好反應性而係較佳環氧樹脂。另一方面，可使用環脂肪族環氧樹脂，然而，其具有較慢固化並需要較高溫度，此不益於NC。 適用於本發明中之市售環氧化物係來自DOW之DER 332及DER 331，及Epon 825、Epon 826、Epon 827、Epon 828。 本發明奈米晶體複合物之環氧樹脂含量以重量計係聚合基質總重量之10%至90%、較佳20%至80%、更佳30至80%且甚至更佳30%至70%。 完全及良好之固化需要足量環氧樹脂。稍微過量之硫醇可有益於光學性質，此乃因其導致環氧基之最大轉化。 在本發明之一個實施例中，聚合基質亦包含(甲基)丙烯酸酯。 本發明之聚合基質係自具有2至10個、較佳2至6個且更佳2至4個官能度之(甲基)丙烯酸酯形成。 用於本發明中之適宜(甲基)丙烯酸酯係選自由以下組成之群：
其中o係1-10，較佳地o係3-5，R15
及R16
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
、-C2
H5
，較佳地R15
及R16
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
；
其中p係0-10，q係0-10，R17
、R18
、R19
及R20
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
、-C2
H5
，較佳地R17
、R18
、R19
及R20
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
；
其中r係0-10，s係0-10，t係0-10，R21
、R22
及R23
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
、-C2
H5
，較佳地R21
、R22
及R23
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
；
其中，R24
、R25
及R26
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
、-C2
H5
，較佳地R24
、R25
及R26
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
；
其中，R27
及R28
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
、-C2
H5
，較佳地R27
及R28
相同或不同且獨立地選自H、-CH3
；及其混合物。 較佳地該(甲基)丙烯酸酯係選自由以下組成之群：具有3個乙氧基之乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、具有2個乙氧基之乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、具有3個乙氧基之乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、基於雙酚A之寡聚物及其混合物。 上文所提及之較佳(甲基)丙烯酸酯由於其提供理想固化速度、透明度及良好光學性質而較佳。另外，其為QD提供穩定性，尤其地雙酚A丙烯酸酯。另一方面，1,6-己二醇二丙烯酸酯具有低黏度且可作為反應性稀釋劑使用。 適用於本發明中之市售(甲基)丙烯酸酯係來自Sartomer之SR349、SR348及SR238。 用於本發明中之適宜聚合基質亦可自(甲基)丙烯酸酯環氧樹脂寡聚物形成。 本發明奈米晶體複合物之丙烯酸酯(當存在於聚合基質中時)含量以重量計係聚合基質總重量之0%至80%、較佳1%至50%、更佳2%至40%。 由於組合物中無自由基起始劑，故(甲基)丙烯酸酯係藉由硫醇固化。若(甲基)丙烯酸酯之量高於80%，則組合物將不完全固化。 本發明之NC複合物可藉由熱起始劑(其較佳係鹼)或藉由光起始劑(其在藉由光激發時釋放鹼)固化。 本發明之NC複合物可進一步包含光起始劑或熱起始劑。 用於本發明中之適宜熱起始劑係有機鹼，尤其係(例如)二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、三甲胺、1,8-二氮雜二環[5.4.0]十一-7-烯、1,5-二氮雜二環[4.3.0]壬-5-烯、乙基甲基咪唑及咪唑。 本發明之NC複合物可包含以重量計複合物總重量之0%至6%、較佳0.01%至3%、更佳0.01%至2%之熱起始劑。 用於本發明中之適宜光起始劑係(例如) 1,5,7-三氮雜二環[4.4.0]癸-5-烯·四苯基硼酸氫鹽(TBD·HBPh4
)、2-甲基-4-(甲硫基)-2-嗎啉基苯丙酮、2-(9-氧代苯芴酮-2-基)丙酸-1,5,7三氮雜二環[4.4.0]癸-5-烯及其混合物。 本發明之NC複合物可進一步包含以重量計複合物總重量之0%至6%、較佳0.01%至3%、更佳0.01%至2%之光起始劑。 本發明之NC複合物可進一步包含穩定劑。一般而言，納入穩定劑以保護NC複合物抵抗可於儲存及/或應用中發生之氧化或熱劣化反應。用於本發明中之適宜穩定劑包括位阻酚及/或多官能酚，例如含硫及/或含磷酚。位阻酚應理解為意指其中至少一個諸如第三丁基之空間位阻基團鍵結至酚之化合物，其中空間位阻基團尤其位於酚OH基之鄰位及/或對位。 用於本發明中之適宜穩定劑之實例係1,3,5-三甲基-2,4,6-參(3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基)苯、新戊四醇四-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯、正十八烷基-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯、4,4'-亞甲基雙(4-甲基-6-第三丁基苯酚)、4,4'-硫基雙(6-第三丁基-鄰-甲酚)、2,6-二-第三丁基苯酚、6-(4-羥基苯氧基)-2,4-雙(正辛基硫基)-1,3,5-三嗪、2,4,6-參(4-羥基-3,5-二-第三丁基苯氧基)-1,3,5-三嗪、3,5-二-第三丁基苄基膦酸二-正十八烷基酯、3,5-二-第三丁基-4-羥基苯甲酸2-(正辛基硫基)乙基酯、山梨醇六-(3,3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯、雙(2,4-二-第三丁基苯基)新戊四醇二磷酸酯、亞磷酸參(2,4-二第三丁基苯基)酯、3,5-雙(1,1-二甲基乙基)-4-羥基苯丙酸硫代二-2,1-乙二基酯、2,4-雙(十二烷基硫基甲基)-6-甲基苯酚、3,3'-硫代二丙酸二(十八烷基)酯、雙(4-甲基-6-第三丁基苯酚)丙烯酸2,2-亞甲基酯、6-[3-(3-第三丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙氧基]-2,4,8,10-四-第三丁基二苯并[d,f][1,3,2]二氧雜膦、雙[3-(十二烷基硫基)丙酸]2,2-雙[[3-(十二烷基硫基)-1-丙醯氧基]甲基]丙烷-1,3-二基酯。 用於本發明中之適宜市售穩定劑包括(但不限於)來自BASF之Irgafos 126、Irgafos 168、Irganox 1035、Irganox 1726、Irganox B 225、Irganox PS 802 FL、Irganox 1010及Irganox PS 802 FL；來自Sumitomo Chemical之Sumilizer GM、Sumilizer GP及Sumilizer TP-D。 本發明之NC複合物可包含以重量計複合物總重量之0%至5%、較佳0.1%至2.5%、更佳0.75%至1.75%之穩定劑。 本發明之NC複合物在室溫下固化後係固體。 本發明之NC複合物具有包埋於聚合物基質中之NC。NC係固體且係網絡結構之組成部分。該結構容許維持NC之光學性質。此外，由於NC與聚合基質之高度相容性，此結構容許達成高負載。除上述情形之外，該結構提供高度熱穩定性及水分穩定性。本發明之聚合基質提供抵抗氧化及/或其他劣化過程之更佳保護。在本發明之複合物中所用之硫醇增加NC之穩定性且另外，環氧樹脂提供良好障壁性質。 適用於本發明中之NC係藉由使用自文獻已知之製程製備或係購得。適宜NC可以若干種將所有反應物混合在一起之方式製備。 本發明之NC複合物可自多種NC及多種不同配體產生。本發明不涉及配體交換步驟。 本發明之NC複合物可以若干種將所有成份混合在一起之方式製備。 在一個實施例中，本發明NC複合物之製備包含以下步驟： 1) 添加觸媒； 2) 添加環氧樹脂； 3) 添加聚硫醇以形成聚合物基質； 4) 添加甲苯或胺基聚矽氧中之NC並混合； 5) 蒸發甲苯；及 6) 利用UV光及/或電子束及/或溫度固化。 在另一實施例中，本發明之NC複合物之製備包含以下步驟： 1) 添加觸媒； 2) 添加環氧樹脂； 3) 添加(甲基)丙烯酸酯以形成聚合物基質； 4) 添加聚硫醇以形成聚合物基質； 5) 添加甲苯中之NC並混合； 6) 蒸發甲苯；及 7) 利用UV光及/或電子束及/或溫度固化。 熱固化溫度較佳係10℃至250℃、更佳20℃至120℃。另外，熱固化時間較佳係10秒至24小時、更佳1分鐘至10小時且甚至更佳1分鐘至15分鐘。 光固化UV強度較佳係1 mW/cm2
至2000 mW/cm2
、更佳50 mW/cm2
至500 mW/cm2
。本發明奈米晶體複合物之UV固化時間係0.5秒至500秒、較佳1秒至120秒、更佳1秒至60秒。 本申請人已發現，在本發明之NC環氧樹脂硫醇/環氧樹脂硫醇(甲基)丙烯酸酯複合薄薄膜之熱及光熱老化之後，所觀察到之邊緣進入極小(0 mm至0.5 mm)，與之相比市售薄膜之邊緣進入為1 mm至3 mm。 基質之聚合在NC之存在下發生且同時將NC固定至基質中。以此方式，將樹脂基質之益處提供至NC。 本發明亦涵蓋經固化之本發明奈米晶體複合物。 本發明亦關於包含本發明奈米晶體複合物之薄膜，其中該薄膜包含第一障壁薄膜及第二障壁薄膜，其中該奈米晶體複合物在第一障壁薄膜與第二障壁薄膜之間。 第一及第二障壁薄膜可由任一可保護NC抵抗環境條件(例如，氧氣及水分)之可用薄膜材料形成。適宜障壁薄膜包括(例如)聚合物、玻璃或介電材料。用於本發明中之適宜障壁層材料包括(但不限於)聚合物，例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；氧化物，例如氧化矽(SiO2
、Si2
O3
)、氧化鈦(TiO2
)或氧化鋁(Al2
O3
)；及其混合物。 在各個實施例中，NC薄膜之每個障壁層包括至少兩層不同材料或組合物，使得多層障壁消除或減少障壁層中之針孔缺陷校準，從而提供對滲透至NC材料中之氧氣及水分之有效障壁。NC薄膜可包括任何適宜材料或材料之組合及在NC複合材料之任一側或兩側上之任一適宜數目之障壁層。障壁層之材料、厚度及數目將取決於具體應用，且將經選擇以在最小化NC薄膜之厚度的同時最大化NC之障壁保護及亮度。 在各個實施例中，第一及第二障壁層係經積層薄膜，例如雙積層薄膜，其中第一及第二障壁層之厚度足夠厚以消除捲對捲或積層製造製程中之起皺。在一個較佳實施例中，第一及第二障壁薄膜係具有氧化物層之聚酯薄膜(例如，PET)。 本發明亦關於包含本發明奈米晶體複合物之產品，其中該產品係選自由以下組成之群：顯示裝置、發光裝置、光伏打電池、光檢測器、能量轉換裝置、雷射器、感測器、熱電裝置、安全油墨、照明裝置及在催化或生物醫學應用中。 本發明亦關於本發明奈米晶體複合物作為光致發光源或電致發光源之用途。 本發明亦關於包含包含本發明奈米晶體複合物之薄膜之產品，其中該薄膜包含第一障壁薄膜及第二障壁薄膜，其中該奈米晶體複合物在第一障壁薄膜與第二障壁薄膜之間，且其中該產品係選自由以下組成之群：顯示裝置、發光裝置、光伏打電池、光檢測器、能量轉換裝置、雷射器、感測器、熱電裝置、安全油墨、照明裝置及在催化或生物醫學應用中。 本發明之NC環氧樹脂硫醇複合薄薄膜顯示優良光熱及熱穩定性。該等薄膜在熱或光熱老化7天後不顯示NC之劣化。此外，經老化之薄膜試樣在熱或光熱老化7天後不顯示顯著邊緣進入。術語「邊緣進入」在此文中意指在薄膜材料之邊緣處之經劣化區域。此指示改良之NC針對空氣及水分之穩定性。將本發明之NC複合物與自市售觸控螢幕裝置移除之市售量子點增強薄膜(QDEF)比較。此市售QDEF包含包埋於黏著基質中之量子點。薄膜中NC之穩定性經顯著改良。此在圖1及圖2中明確地圖解說明。實例
薄膜之量子產率利用含有積分球之Hamamatsu絕對PL量子產率光譜儀(Hamamatsu Absolute PL Quantum Yield Spectrometer)量測。 實例 1 NC 環氧樹脂硫醇複合材料 (DBU 催化 )
將0.005 g (0.3 wt.%) 1,8-二氮雜二環[5.4.0]十一-7-烯(Sigma Aldrich)、0.902g (55 wt.%)雙酚A二縮水甘油醚(D.E.R.™ 331, Dow)及包括0.05 g半導體NC分散體(CdSe/ZnS 於甲苯中, Nanosys)之0.698 g (42 wt.%)三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯) (Thiocure ®TMPMP, Bruno Bock)在調節混合器中以1000 rpm混合1分鐘。在室溫下使混合物在1小時內固化。獲得光致發光量子產率(QY)為82%之固體半導體NC複合物。 實例 2 NC 環氧樹脂硫醇複合薄薄膜 (DBU 催化 )
將0.005 g (0.3 wt.%) 1,8-二氮雜二環[5.4.0]十一-7-烯(Sigma Aldrich)、0.902 g (55 wt.%)雙酚A二縮水甘油醚(D.E.R.™ 331)及包括0.05 g半導體NC分散體(CdSe/ZnS於甲苯中, Nanosys)之0.698 g (42 wt.%)三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯) (Thiocure® TMPMP, Bruno Bock)在充滿氮之手套箱中混合並在兩個障壁層之間塗佈。使用兩片100 µm厚之金屬薄膜作為間隔物以獲得厚度為100 µm之NC複合物層。在85℃下將薄膜固化(30 min)。 使NC複合薄膜於設置在85℃下之箱式爐中老化。跟蹤絕對QY 2週並將其顯示於下表1中：表 1 
將另一NC複合薄薄膜在定製光熱老化室中在75℃下以50 mW/cm2
老化。激發波長係460 nm。跟蹤絕對QY演化1週，且結果顯示於下表2中：表 2 
實例 3 NC 環氧樹脂硫醇複合薄薄膜 ( 硫醇鹽 催化 )
將0.010 g (0.6 wt.%)十二烷硫醇鈉(自十二烷硫醇及NaOH合成)溶解於0.698 g (42 wt.%)三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯) (Thiocure® TMPMP, Bruno Bock)中並在調節混合器中將其與0.902 g (55 wt.%)雙酚A二縮水甘油醚(D.E.R.™ 331)及0.05 g半導體NC分散體(CdSe/ZnS於甲苯中, Nanosys)以1000 rpm混合1分鐘。使用100 µm 厚之金屬薄膜作為間隔物在兩個障壁層之間塗佈該混合物以獲得厚度為100 µm之NC複合物層。在85℃下將薄膜固化(30 min)。 使NC複合薄膜於設置在85℃下之箱式爐中老化。跟蹤絕對QY 2週並將其顯示於下表3中：表 3 
使另一NC複合薄薄膜在定製光熱老化室中在75℃下以50 mW/cm2
老化。激發波長係460 nm. 跟蹤絕對QY演化1週且結果顯示於下表4中：表 4 
實例 4 環氧樹脂硫醇(光鹼催化 )
將0.050 g (3 wt.%) DBU光鹼觸媒(根據Polym. Chem., 2014, 5, 6577合成之1,8-二氮雜二環[5.4.0]十一-7-烯及苯甲醯甲酸(Sigma Aldrich)之四級銨鹽) 溶解於0.698 g (42 wt.%)三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯) (Thiocure® TMPMP, Bruno Bock)中並在調節混合器中將其與0.902 g (55 wt.%)雙酚A二縮水甘油醚(D.E.R.™ 331, Dow)及0.05 g半導體NC (CdSe/ZnS於甲苯中, Nanosys)以1000 rpm混合1分鐘。使用100 µm厚之金屬薄膜作為間隔物在兩個障壁層之間塗佈混合物，以獲得厚度為100 µm之NC複合物層。使薄膜在Loctite固化室中固化20 s。 實例 5 環氧樹脂丙烯酸酯硫醇( DBU 催化 )
將0.005 g (0. wt.%) 1,8-二氮雜二環[5.4.0]十一-7-烯(Sigma Aldrich)、0.468 g (wt.%)雙酚A二縮水甘油醚(D.E.R.™ 331)、0.580g乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯(SR 349, Sartomer)、0.698 g (42 wt.%)三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯) (Thiocure® TMPMP, Bruno Bock)及0.05 g半導體NC (CdSe/ZnS於甲苯中, Nanosys)在充滿氮之手套箱中混合並在兩個障壁層之間塗佈。使用兩個100 µm厚之金屬薄膜作為間隔物以獲得厚度為100 µm之NC複合物層。在85℃下將薄膜固化(30 min)。 使NC複合薄膜於設置在85℃下之箱式爐中老化。跟蹤絕對QY 2週並將其顯示於下表5中：表 5 
使另一NC複合物在定製光熱老化室中在75℃下以50 mW/cm2
老化。激發波長係460 nm。跟蹤QY演化1週且結果顯示於下表6中：表 6 
圖1圖解說明本發明NC複合物及市售NC複合物之光熱老化。 圖2圖解說明本發明NC複合物及市售NC複合物之熱老化。
Claims (33)
- 一種奈米晶體複合物，其包含：a)複數個奈米晶體，其包含包含金屬或半導電化合物或其混合物之核心及至少一個配體，其中該核心由至少一個配體包圍，b)聚合基質，其中該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂與具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成或該聚合基質係藉由具有2至10個官能度之環氧樹脂、具有2至10個官能度之(甲基)丙烯酸酯及具有2至10個官能度之聚硫醇反應形成，其中該等奈米晶體係包埋於該聚合基質中；其中該奈米晶體複合物包含以重量計該複合物總重量之0.01%至10%之該等奈米晶體；且其中該奈米晶體複合物包含以重量計該複合物總重量之90%至99.99%之該聚合基質。
- 如請求項1之奈米晶體複合物，其中包含金屬或半導電化合物或其混合物之該核心係由選自週期表之一或多個不同族之組合之元素構成。
- 如請求項1之奈米晶體複合物，其中該金屬或半導電化合物係一或多種選自IV族之元素；一或多種選自II族及VI族之元素；一或多種選自III族及V族之元素；一或多種選自IV族及VI族之元素；一或多種選自I族及III 族及VI族或其組合之元素之組合。
- 如請求項1之奈米晶體複合物，其中該金屬或半導電化合物係選自由以下組成之群：Si、Ge、SiC及SiGe、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、GaN、GaP、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb3、InN3、InP、InAs、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、CuInS2、CuInSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgInS2、AgInSe2、AgGaS2及AgGaSe2。
- 如請求項1之奈米晶體複合物，其中該金屬或半導電化合物係選自由CdSe、InP及其混合物組成之群。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該核心包含核心及至少一個單層或多層殼或其中該核心包含核心及至少兩個單層及/或多層殼。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該聚硫醇具有2至6個官能度。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該聚硫醇具有2至4個官能度。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該聚硫醇具有3至4 個官能度。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該聚硫醇係選自由以下組成之群：
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該聚硫醇係選自由以下組成之群：乙二醇二(3-巰基丙酸酯)、新戊四醇四(3-巰基丁酸酯)、1,3,5-參(3-巰基丁氧基乙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、1,4-雙(3-巰基丁醯氧基)丁烷、參[2-(3-巰基丙醯氧基)乙基]異氰尿酸酯、新戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3-巰基丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3-巰基丁酸酯)、乙氧基化三羥甲基丙烷三-3-巰基丙酸酯、二新戊四醇六(3-巰基丙酸酯)及其混合物。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該聚硫醇係選自由以下組成之群之一級硫醇：乙二醇二(3-巰基丙酸酯)、參[2-(3-巰基丙醯氧基)乙基]異氰尿酸酯、新戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3- 巰基丙酸酯)、乙氧基化三羥甲基丙烷三-3-巰基丙酸酯、二新戊四醇六(3-巰基丙酸酯)及其混合物。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該聚硫醇係選自由以下組成之群：參[2-(3-巰基丙醯氧基)乙基]異氰尿酸酯、新戊四醇四(3-巰基丙酸酯)、三羥甲基丙烷參(3-巰基丙酸酯)及其混合物。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該環氧樹脂具有2至6個官能度。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該環氧樹脂具有2至4個官能度。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該環氧樹脂係選自由下列組成之群：
、
、
及
、
、
及
；
- 如請求項16之奈米晶體複合物，其中a係4-6，或b係4-6。
- 如請求項16之奈米晶體複合物，其中b係4。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該環氧樹脂係選自由以下組成之群：2,2-雙[4-(縮水甘油氧基)苯基]丙烷、雙酚A二縮水甘油醚、1,4-丁二醇二縮水甘油醚、雙酚F縮水甘油醚及其混合物。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該(甲基)丙烯酸酯具有2至6個官能度。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該(甲基)丙烯酸酯具有2至4個官能度。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該(甲基)丙烯酸酯係選自由以下組成之群：
- 如請求項22之奈米晶體複合物，其中o係3-5；R15及R16相同或不同且獨立地選自H、-CH3；R17、R18、R19及R20相同或不同且獨立地選自H、-CH3；R21、R22及R23相同或不同且獨立地選自H、-CH3；R24、R25及R26相同或不同且獨立地選自H、-CH3；或R27及R28相同或不同且獨立地選自H、-CH3。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其中該(甲基)丙烯酸酯係選自由以下組成之群：具有3個乙氧基之乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、具有2個乙氧基之乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、具有3個乙氧基之乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及其混合物。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其包含以重量計該複合物總重量之0.05%至7.5%之該等奈米晶體。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其包含以重量計該複合 物總重量之0.1%至5%之該等奈米晶體。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其包含以重量計該複合物總重量之92.5%至99.95%之該聚合基質。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其包含以重量計該複合物總重量之95%至99.9%之該聚合基質。
- 如請求項1至5中任一項之奈米晶體複合物，其另外包含穩定劑。
- 一種如請求項1至29中任一項之奈米晶體複合物經固化之奈米晶體複合物。
- 一種薄膜，其包含如請求項1至30中任一項之奈米晶體複合物，其中該薄膜包含第一障壁薄膜及第二障壁薄膜，其中該奈米晶體複合物係在該第一障壁薄膜與該第二障壁薄膜之間。
- 一種產品，其包含如請求項1至30中任一項之奈米晶體複合物，其中該產品係選自由以下組成之群：顯示裝置、發光裝置、光伏打電池、光檢測器，能量轉換裝置、雷射器、感測器、熱電裝置、安全油墨、照明裝置及在催化或生物醫學應用中。
- 一種如請求項1至30中任一項之奈米晶體複合物作為光致發光源或電致發光源之用途。
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