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文檔簡介

圖34a、b、c分別為Cs3Cu2Cl5量子點在500nm、200nm、50nm標尺下的電子顯微鏡圖,利用透射電子顯微鏡對量子點的尺寸、形態(tài)和分散性進行了詳細分析。研究發(fā)現(xiàn),Cs3Cu2Cl5量子點呈現(xiàn)出正交晶系的結(jié)構(gòu)特征,空間組群是Pnma。從透射電子顯微鏡中可以觀察到Cs3Cu2Cl5量子點形狀為近球形狀,量子點的直徑尺寸在66-120nm之間。d、e、f分別為20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點在500nm、200nm、50nm標尺下的電子顯微鏡圖,從透射電子顯微鏡中可以觀察到量子點形狀比Cs3Cu2Cl5量子點的形狀更接近六邊形,且量子點大小更加均勻,量子點的直徑尺寸在110-130nm之間。觀察結(jié)果表明,Mg元素的摻入有助于Cs3Cu2Cl5量子點形成更加均勻的形狀,并且使得量子點的形態(tài)更加規(guī)則。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s14a~c分別是Cs3Cu2Cl5量子點在500nm、200nm、50nm標尺下的TEM,d~f分別是20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點在500nm、200nm、50nm標尺下的TEM。REF_Ref161824909\h圖35中圖a為Cs3Cu2Cl5量子點的HAADF-STEM,在對a區(qū)域打mapping得到圖b、c、d、e,圖b為各個元素成分的mapping圖,c、d、e分別為Cs元素、Cu元素、Cl元素的mapping圖。從元素成分分布的mapping圖可以看出銫元素,銅元素和氯元素均勻的分布在量子點中。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s15a為Cs3Cu2Cl5量子點的HAADF-STEM,對a打mapping得到圖b、c、d、e,圖b為各個元素成分的mapping圖,c、d、e分別為Cs、Cu、Cl元素的mapping圖。REF_Ref161824954\h圖36中圖a為20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點的HAADF-STEM,在對a區(qū)域打mapping得到圖b、c、d、e、f,圖b為各個元素成分的mapping圖,c、d、e、f分別為Mg元素Cs元素、Cu元素、Cl元素的mapping圖。從HAADF-STEM圖中可以看出20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點尺寸均勻分布,且大小均一。從元素成分分布的mapping圖可以看出鎂元素,銫元素,銅元素和氯元素均勻的分布在量子點中。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s16a為20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點的HAADF-STEM,圖b為各個元素成分的mapping圖,c~f分別為Mg、Cs、Cu、Cl元素的mapping圖。本章小結(jié)本章首先通過引入Mg元素合成不同摻雜比例下的Cs3Cu2Cl5量子點,并通過PL的熒光強度,選擇出強度最大的20%MgCs3Cu2Cl5量子點作為對照組,其熒光強度約為參照組的200%。通過測量XRD,Cs3Cu2Cl5量子點和20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點的XRD的峰位與標準的卡片基本吻合,說明了合成的物質(zhì)是Cs3Cu2Cl5量子點,并且Mg摻雜過程沒有導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著的變化。不同尺標下的TEM圖像進一步說明了Mg的引入促進了Cs3Cu2Cl5量子點的生長,與參照組相比,生成的量子點更為規(guī)整。從HAADF-STEM圖中也可以看出20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點尺寸均勻分布,且大小均一。元素成分分布的mapping圖也說明了鎂元素,銫元素,銅元素和氯元素均勻的分布在量子點中。

高亮度綠光LED器件的制備與測試引言LED器件發(fā)光有兩種機制:熒光轉(zhuǎn)換發(fā)光ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Liu,2023#27"31,\o"Bai,2021#29"34,\o"Kar,2023#30"35]和光致發(fā)光ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Mei,2019#31"36]。熒光轉(zhuǎn)換LED器件因低功耗、長壽命和簡單的制備,在LED器件中運用較廣ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Sun</Author><Year>2016</Year><RecNum>32</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[37]</style></DisplayText><record><rec-number>32</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wrz9af2r6p29tqefe25p0z285sesd5wdvpf2"timestamp="1712718961">32</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Sun,C.</author><author>Zhang,Y.</author><author>Ruan,C.</author><author>Yin,C.</author><author>Wang,X.</author><author>Wang,Y.</author><author>Yu,W.W.</author></authors></contributors><auth-address>StateKeyLaboratoryonIntegratedOptoelectronics,CollegeofElectronicScienceandEngineering,JilinUniversity,Changchun,130012,China. NationalLaboratoryofSolidStateMicrostructuresandCollaborativeInnovationCenterofAdvancedMicrostructures,SchoolofPhysics,NanjingUniversity,Nanjing,210093,China. DepartmentofChemistryandPhysics,LouisianaStateUniversity,Shreveport,LA,71115,USA.</auth-address><titles><title>EfficientandStableWhiteLEDswithSilica-CoatedInorganicPerovskiteQuantumDots</title><secondary-title>AdvMater</secondary-title></titles><periodical><full-title>AdvMater</full-title></periodical><pages>10088-10094</pages><volume>28</volume><number>45</number><edition>2016/10/08</edition><keywords><keyword>inorganicperovskites</keyword><keyword>quantumdots</keyword><keyword>silicacoatings</keyword><keyword>stability</keyword><keyword>whitelight-emittingdiodes</keyword></keywords><dates><year>2016</year><pub-dates><date>Dec</date></pub-dates></dates><isbn>1521-4095(Electronic) 0935-9648(Linking)</isbn><accession-num>27717018</accession-num><urls><related-urls><url>/pubmed/27717018</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1002/adma.201603081</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Sun,2016#32"37]。就熒光轉(zhuǎn)換LED器件來說,稀土基熒光粉因其在熒光轉(zhuǎn)換LED方面取得了重大成果,在市場中使用較廣ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[\o"Li,2021#33"38]。但是,基于稀土類熒光粉LED器件也面臨著一些問題,如成本較高和回收困難。目前,已經(jīng)有無鉛鈣鈦礦應(yīng)用于發(fā)光和顯示領(lǐng)域,也是一種制備LED器件方案。在本文中,將在有氧的環(huán)境下用改進后的熱注入法制備Cs3Cu2Cl5量子點,然后用來制備具有高亮度綠光的熒光轉(zhuǎn)換型LED器件。實驗部分LED器件的制備過程聚甲基丙烯酸甲酯溶液的制備:首先,精確測量出400mg聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末,并將其轉(zhuǎn)移到一個經(jīng)過徹底清潔的20ml容量的玻璃試劑瓶中。隨后,向瓶中注入20ml的甲苯溶劑,并加入已經(jīng)清潔過的磁力攪拌子。以600r/min攪拌2~3h,所需的PMMA溶液就制備完畢。制備好的PMMA溶液可重復(fù)使用,使用前需重新進行攪拌。LED器件的制備:在經(jīng)過離心后的Cs3Cu2Cl5量子點白色沉淀和20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點白色沉淀中分別加入0.4ml的PMMA溶液,充分震蕩超聲后,在通風(fēng)櫥中,用量程為100ul的移液槍,每次取25ul的量滴在商用280nm的紫外LED上,重復(fù)10~15次,待Cs3Cu2Cl5量子點鋪滿紫外LED芯片上,則綠光LED器件制備完成。PMMA溶液在量子點的表面形成均一穩(wěn)定的薄膜,對鈣鈦礦量子點起到保護作用。PMMA膜還有良好的透明性,因此覆蓋在量子點表面并不會影響其發(fā)光。同時,此薄膜可以阻止Cs3Cu2Cl5量子點接觸到空氣中的水和氧氣,增強量子點的發(fā)光穩(wěn)定性。LED器件的檢測檢測儀器:電致發(fā)光量子效率測量系統(tǒng),能測量LED器件的外量子效率。此系統(tǒng)包括多個通道,可以選擇其中一個或多個通道進行測試。在本實驗中,我們只選擇一個通道。該測試系統(tǒng)可以測量發(fā)光波長、強度以及在不同電壓下的發(fā)光情況。儀器配備有積分球、光譜儀、電流源表、探針臺、光纖等組件。系統(tǒng)能夠提供全面的電致發(fā)光效率參數(shù),如電致發(fā)光器件的EQE、亮度、色度、輻射通量等。LED測試參數(shù)(1)亮度:是描述光源或發(fā)光表面在特定方向上發(fā)光強度的物理量。用于衡量人眼能夠感知到的光源發(fā)出的光的明亮程度。亮度的單位是坎德拉每平方米(cd/m2)。(2)外量子效率(EQE):是評價光電LED器件性能的一個重要參數(shù)。它描述了器件將輸入的電荷(電子和空穴)轉(zhuǎn)換為輸出的光子的效率。EQE是一個無量綱的比例,定義為單位時間內(nèi)從器件外部出射的光子數(shù)與注入到器件活性區(qū)的電子數(shù)之比。(3)顯色指數(shù)(CRI):是衡量光源對物體顏色的還原能力的指標。顯色指數(shù)值越大,意味著光源在該光源照射下物體顏色的還原越接近自然光(通常以日光作為參考標準)下的顏色,即顏色失真越小,顏色表現(xiàn)越真實ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李瑞鑫</Author><Year>2017</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[39]</style></DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f0zzwtrspz0wroe22v1vpp5itvesf5s9zadw"timestamp="1712719932">2</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>李瑞鑫</author></authors><tertiary-authors><author>李宏,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>白光LED封裝用熒光玻璃制備及其應(yīng)用研究</title></titles><keywords><keyword>白光LED封裝</keyword><keyword>熒光玻璃</keyword><keyword>絲網(wǎng)印刷</keyword><keyword>光學(xué)性能</keyword><keyword>可靠性</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><work-type>碩士</work-type><urls><related-urls><url>/kcms2/article/abstract?v=nouGVBS_tgcFA4VsrV1SpMVn2B2JkBR5_NnyLwMMpdqURiMn2BcDLaMJFTaqpg1AiV72NxsKYFDQ40dbsYfC_8xSHe93jiZD3QKB9p1zBNsRWpKExdBjJY6g_uoGJV0bXdA_92OoSQ3NisXzv608-A==&uniplatform=NZKPT&language=CHS</url></related-urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"李瑞鑫,2017#2"39]。顯色指數(shù)Ra的范圍通常是從0到100,其中:Ra=0表示沒有顏色還原能力;Ra=100表示完美的顏色還原,即與自然光下的顏色完全相同。Cs3Cu2Cl5量子點制備的LED器件的表征及測試分析用制備的LED先進行點亮測試,發(fā)光效果如REF_Ref161838219\h圖41的圖a和圖b所示,所制備的LED器件均發(fā)綠光。根據(jù)REF_Ref161838219\h圖41的圖a和圖bCs3Cu2Cl5量子點和20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點制備的綠光LED隨著驅(qū)動電壓的增加的光譜強度來看,隨著驅(qū)動電壓的變化,發(fā)光峰會隨著電壓的增大向左偏移,這是由于LED器件在越高的電壓下,工作時就會產(chǎn)生更多的熱量,而溫度的生高就會導(dǎo)致發(fā)光峰的藍移,這一點也與第二章相對應(yīng)。且隨著驅(qū)動電壓的增大,峰值強度都會先增大后減小,圖f就很好的說明了這一點。REF_Ref161838219\h圖41中圖c和圖d可以看出,兩者制備的LED器件其亮度都隨著驅(qū)動電壓的增大而變大,Cs3Cu2Cl5量子點制備的綠光LED其最大亮度在驅(qū)動電壓6.5V,最大可以達到7133cd/m2,20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點制備的綠光LED其最大亮度在驅(qū)動電壓6.75V,最大可以達到13230cd/m2;未摻雜Mg元素的LED器件其外量子效率隨著驅(qū)動電壓的增大一直在減小,最后趨向于0,摻雜Mg元素的LED器件外量子效率隨著驅(qū)動電壓的增大先增大后減?。粡牧炼葋砜?,摻雜Mg的LED其亮度要更亮,約為未摻雜亮度的2倍。而且摻雜Mg元素的LED器件有較高的外量子效率,且在同一電壓下?lián)诫sMg元素的LED,其外量子效率都要比未摻雜LED要大;REF_Ref161838219\h圖41中圖e可以看出兩者都有較大的半峰全寬,隨著驅(qū)動電壓的變化,半峰全寬均在90nm以上,摻雜Mg元素的LED器件其半峰全寬在95-115nm,摻雜Mg元素的LED器件其半峰全寬在135-150nm。半寬全峰越大,這表明LED器件發(fā)出的光包含得波長就越多,摻雜Mg元素的LED器件光譜中半寬全峰較小,表明其發(fā)出的光譜純度較高,Mg摻雜符合我們制備高亮度綠光LED的預(yù)期。REF_Ref161838219\h圖41中圖f說明了在不同的驅(qū)動電壓下,在發(fā)光峰的發(fā)光強度,且隨著驅(qū)動電壓的增大,峰值強度都會先增大后減小,隨著電壓的增加,LED的功率消耗也會增加,導(dǎo)致溫度升高。Cs3Cu2Cl5量子點對于溫度較為敏感,溫度的升高導(dǎo)致發(fā)光效率下降,從而在電壓增加到一定程度后,發(fā)光峰的發(fā)光強度不再增加甚至開始下降。有Mg摻雜的LED器件其亮度均超過未摻雜的LED器件,說明Mg的摻雜的Cs3Cu2Cl5量子點發(fā)光效果更為穩(wěn)定。且發(fā)光強度的最大值時,有Mg摻雜的亮度約為未摻雜Mg的2倍。REF_Ref161838219\h圖41中圖g和圖h采用的是CIE1931色空間,可以看出未摻雜Mg元素的LED器件其發(fā)光偏向黃色,在驅(qū)動電壓6.5V下,CIE坐標為(0.3617,0.4885),顯色指數(shù)為63,相關(guān)色溫為4297K。在而摻雜Mg元素的LED器件其發(fā)光更偏向綠色,在驅(qū)動電壓6.75V下,CIE坐標為(0.3358,0.4766),顯色指數(shù)為58,相關(guān)色溫為4970K。未摻雜Mg元素的LED器件其CIE上的色坐標偏移更大,而摻雜Mg元素的LED器件其CIE上的色坐標隨著電壓的增加偏移更小,對于LED發(fā)光器件來說,在不同電流或溫度下,其CIE坐標不應(yīng)有顯著變化,而摻雜Mg元素的LED器件CIE坐標變化較小,這表明摻雜Mg元素的器件具有較好的色穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)表征結(jié)果和以上分析來看,20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點LED器件其性能相比較于Cs3Cu2Cl5量子點LED器件來說,其發(fā)光性能更好,發(fā)光效果更為穩(wěn)定,有更好的色穩(wěn)定性和可靠性,更適合制備高亮度綠光LED器件。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s11a)Cs3Cu2Cl5量子點,b)20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點的綠光LED隨著驅(qū)動電壓的增加的光譜強度;c,d)不同驅(qū)動電壓下外量子效率和亮度的關(guān)系;e)半峰全寬;f)峰值強度;g,h)色坐標。本章小結(jié)把上一章節(jié)制備的量子點加入PMMA,以制備發(fā)光二極管(LED)器件。具體而言,我們分別制備了基于Cs3Cu2Cl5量子點的LED器件,以及摻雜了20%鎂的Cs3Cu2Cl5量子點LED器件。在完成這些器件的制造之后,我們對它們的性能進行了全面的測試與評估,在相同的驅(qū)動電壓下,摻雜Mg元素的LED器件亮度更大,外量子效率也更大,其半峰全寬更小,發(fā)出的光光譜純度較高。在CIE色坐標上,摻雜Mg元素的LED器件其發(fā)光更偏向綠色,而且隨著電壓的增大,其CIE上的色坐標隨著電壓的增加偏移更小,說明摻雜Mg元素的LED器件有更好的色穩(wěn)定性和可靠性??傮w來說,20%Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點LED器件其性能相比較于Cs3Cu2Cl5量子點LED器件來說,其發(fā)光性能更好。

總結(jié)與展望總結(jié)在光電器件的研究與發(fā)展中,無鉛鈣鈦礦量子點因其卓越的光電性能和無毒性而備受矚目。特別是以無鉛鈣鈦礦量子點為基礎(chǔ)制備的發(fā)光二極管(LED),得益于其出色的光轉(zhuǎn)換效率和對環(huán)境的友好性,已經(jīng)成為研究者們關(guān)注的焦點。深入研究這類無鉛鈣鈦礦材料,不僅能夠有效減少有害元素的排放,還能夠提升光電器件的環(huán)境兼容性,這對于推動可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。值得強調(diào)的是,采用無鉛鈣鈦礦Cs3Cu2Cl5QDs制備的LED器件,不僅滿足了環(huán)保標準,而且避免了使用汞、鉛等有害元素,從而減輕了對環(huán)境的潛在影響。目前,制備無鉛鈣鈦礦Cs3Cu2Cl5主要是隔絕空氣熱注入法進行,在手套箱真空環(huán)境下制備,工藝復(fù)雜且成本較高。本文在空氣環(huán)境下用熱注入法成功的制備了Cs3Cu2Cl5量子點并通過引入鎂元素進行摻雜并成功制備了LED器件,通過摻雜制備的LED器件其發(fā)光性能有很大的提升。此論文不但彌補了在有氧環(huán)境下制備無鉛鈣鈦礦Cs3Cu2Cl5研究的不足,也拓展了此類鈣鈦礦在LED領(lǐng)域的應(yīng)用前景。本論文的創(chuàng)新點主要包括:1.空氣環(huán)境下用熱注入法制備Cs3Cu2Cl5量子點時,通過引入抗氧化劑L-抗壞血酸,成功的制備了Cs3Cu2Cl5量子點。2.通過引入Mg元素對Cs3Cu2Cl5量子點進行摻雜,成功的制備了發(fā)光性能更好的Mg摻雜Cs3Cu2Cl5量子點。本論文的研究成果包括:1.通過改變添加L-抗壞血酸的量,找到發(fā)光效果最好時添加的量,并進一步探究添加油酸的量,成功制備出Cs3Cu2Cl5量子點,并以此為基礎(chǔ)成功制備了LED器件。2.通過添加乙酸鎂來引入鎂元素來進行摻雜,提高了Cs3Cu2Cl5量子點的發(fā)光效果,并以此為基礎(chǔ)制備了LED器件。制備的LED器件性能要好于以Cs3Cu2Cl5量子點為基礎(chǔ)制備的LED器件。不足與展望鑒于個人研究能力的局限,本文的研究尚有待完善,未來研究需進一步深化:1.Cs3Cu2Cl5量子點在空氣中的穩(wěn)定性較差,容易在存放過程中發(fā)生聚集沉淀,這會對其發(fā)光特性產(chǎn)生不利影響。為了優(yōu)化這些量子點的性能并提高其穩(wěn)定性,未來的研究應(yīng)當致力于探索更為有效的合成條件,包括但不限于使用多種抗氧化劑來保護量子點免受環(huán)境因素的影響。2.本研究成功在空氣環(huán)境中合成了Cs3Cu2Cl5量子點,這一成果為有氧條件下制備為有氧環(huán)境下制備無鉛鈣鈦礦Cs3Cu2Cl5量子點提供了一種新的思路。但是由于時間與能力有限,只探索了其在LED器件的初步應(yīng)用,今后希望能進一步探索在更多光器件中的應(yīng)用。

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