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探讨量子点发光二极管的应用及前景
摘要：量子点是一种特殊的化学材质，具有耗能低、发光稳定、发光光谱窄的特点，其制作的发光二极管比传统的机电致二极管更具优势，被广泛应用到发光领域，未来将代替代机电致二极管。文章针对发光二极管的优秀性能进行探究分析，并对其应用前景进行了预测。
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1、量子点的研究现状
量子点是一种由有限个数的原子以及三维尺寸都是纳米量级的新式化学材料，并且是一种半导体材料。量子点的一个重要特性就是当自身的颗粒粒径小于激子波尔半径时会发射出不同长度的光谱，因此量子点材料适用于生物的检测和光电子仪器。量子点发光二极管采用无机纳米晶和有机化合物的结合，使量子点发光二极管的流子迁移率升高，因此发光光谱将会达到100%。与传统的OLED屏幕带来的高消耗相比量子点二极管的能耗极低，并且色域极值将会达到100%。因此量子点发光二极管(QuantumDotLight要EmittingDiode，又称为QD-LED将来极有可能取代LED和OLED二极管。
2、量子点发光二极管的制作仪器介绍
2.1 量子点发光二极管的仪器结构
量子点发光二极管渊简称QD-LED，下文将使用此简称替代冤的尺寸是纳米量级，这就要求其需要加工成具有特殊性能的聚合物才能应用在发光仪器中，QD-LED的大部分仪器是将QDs放在两侧正负电极之间，在这两侧包括发光层，空穴传输层等特殊结构。量子点不可以直接和两极连接，这样会导致发生荧光猝灭。因此目前普遍的解决方法是在QD-LED结构中构造一个HTL和ETL层，目的在于挡住一侧溢出的电子。从正负两极传输的电子和空穴经过传输到达发光层的过程会损失部分电子和空穴，因此引入电子注入层和空穴注入层来维持二者的平衡。因此对于发光仪器的不同，要选择合适的功能层进行传输，这对于QD-LED的性能十分重要[1]。
2.2 量子点发光二极管的工作原理
根据具体的激光发光机制可以将量子点发光分为交流电发光和直流电发光。交流电发光使用碰撞离化模型解释。在电极中注入空穴和电子在电场中获得能量，当载流子和杂质离子发生碰撞后，就会将一部分的能量传给下一个电子，使电子从基态跃升到激发态。因此就会产生光能。直流电发光机制和交流电发光有所不同，空穴和电子经过正负两极进入发光层，最终是导带获得电子和空穴进而发光[2]。
3、量子点发光二极管的研究方向
3.1 量子点发射体的制作
QD-LED的仪器的量子点发射体是由半导体核，发光核和有机配位体所组成。用于制作量子点的大核常常是元素表中的域一遇族或者是芋一V族的元素构成的化合物，常见的有CdSe、InP等化合物。外壳常使用真空介质或者是带宽度的材料构成，合适的壳是可以将核与外界完全隔离，保护核内的稳定和提升量子点的荧光量子点的利用率。一般量子点材料都应该是特别制作的。早在1997年，就有科学家将CdSe量子点应用在发光仪器上，该仪器的亮度高达500cd/m2,电压达到4V。相比较单核量子点仪器，该仪器实现了质的突破。在2014年。科学家又制作出一种绿光量子点，该量子点比CdSe量子点提升了一倍的光亮，寿命又在此基础上有所提升。研究新的量子点结构是和研究QD-LED仪器一样重要的事情，在最近的研究发现可以研制一种无污染的量子点，因为镉是一种剧毒物质，因此无镉量子点将是未来研究的重点。
3.2 仪器的优化处理
量子点材料的价带能较低，这就导致了空穴注入比电子注入困难。另外空穴和电子的迁移率不同，因此到达量子点发光层的载流子的数目也不相同，因此需要优化量子点的制作仪器更加精良。首先可以采取修饰注入层的方法改善空穴注入。为了有效的将空穴注入量子点，有科学家采取在PEDOT：PSS上面涂上不同浓度的硫酸，这样就会构成具有PEDOT：PSS/Poly要TPD的QD-LED仪器。这个原理是加入硫酸除掉了多余的PSS基团。另外也可以采取在PEDOT：PSS中加入金属氧化物，金属氧化物具有较深的电子态，在注入的过程中对能量的垒势较小，因此会提高空穴注入的效率。可以采取混合运输层的方法来改善量子点材料的制备过程。空穴传输层对于QD-LED的性能十分重要，引入空穴传输层来平衡载流子的传输能力意义重大，一些实验室使用金属氧化物作为空穴传输层也发挥高效的作用。例如使用二氧化锰作为混合传输层，得到的QD-LED发光效率比只用poly-TPD的仪器的发光程度提升了一倍，并且耗能也是有所下降。
浙江大学在2014年制作了一种基于ITO/PEDOT：PSS/poly要TPD/PVK/QDs/ZnO/Ag的QD-LED仪器。在ZnO的电子传输层和QDs之间插入一层超波绝缘层，在发光之后电压最低是1.7V，最高是8V。在进行灯管的加速老化实验的过程中发现，设置初始的亮度是50mA/cm2仪器的半衰寿命是20万小时，因此可以发现使用超波绝缘层可以有效地降低电子的注入速率。为空穴注入效率保持动态平衡。在绝缘层阻挡载流子的流入，让发光层的载流子长期停留在此。最大程度的利用载流子。在2015年便有人提出用TCTA作为绝缘层制作QD-LED仪器。TCTA具有三线态能量，将载流子和激子阻碍在发光层，减少电子的非辐射跳跃。以保证空穴注入的效率不断升高[3]。
3.3 量子点白光LED仪器的种类
目前，最为普遍的白光LED灯有3种，第一种是利用GaN基蓝光来激发量子点发光，用黄绿光和激光源的蓝光组成白光。随着技术的进步，逐渐使用CdSe量子点合成白光。2008年，我国台湾的科学家的黄放峰和他的团队利用CdSe将蓝光和绿光转化成黄光制作了白光仪器，其中的光转化效率高达52%。
第二种是利用紫外线的照射下，利用量子点的本质发光和缺陷特征进行制作白光。没有包裹的量子点的表面具有很多无规则的悬键，形成的大量缺陷可以捕捉电子和空穴，量子点在受到刺激后，会在表面产生载流子，就容易和电子产生复合发光，由于本体的特征和缺陷态发光就很容易得到白光。目前比较常见的缺陷发光材料是ZnS,CdSe和CdS。
第三种是利用RGB三基色芯片按照一定的比例来合成白光，与前面的两种不同，多芯片白光LED具有很多优势，比如多芯片白光灯管没有荧光粉老化问题，另一个重要的特性就是没有斯托克斯位移。但是多芯片白光LED唯一的缺陷是量子点的光谱重叠，吸收的光谱多且不好分辨。因此在2003年，美国科学家尝试使用CdSe和CdS量子点和树脂化合物混合，将量子点完全取代荧光粉。2007年第一次使用三基色的CdSe量子点制作发光器件。最大亮度可达到24442cd/m2，色域是NSTC的152%[4]。
4、总结
本文主要介绍了发光二极管的研究现状以及国内外的制作仪器和研究方向，对二极管的发展有了大致了解，在目前的电子企业中已经开始使用发光二极管的电视的生产企业化，但是量子点发光二极管处于试验阶段，大量应用还需要一定时间。面对量子点二极管存在的问题依然不可以忽视，例如载流子的注入效率不稳定的问题。量子点材料一旦研究透彻将会带动一条产业链的发展，比如电极材料，量子点材料的使用，因此量子点发光二极管的前景广阔，有很大的发展空间。
参考文献：
[1]凌海峰.基于聚合物驻极体的有机场效应晶体管存储器及其光调控研究[D].南京:南京邮电大学,2017.
[2]王永波.量子点比率荧光探针的设计及对活性生物分子的检测研究[D].西安:西北大学,2018.
[3]郭亚男.石墨烯量子点及TiO2纳米管修饰电极的制备及其对H2O2的电化学检测[D].大庆:东北石油大学,2018.
[4]曹兴敏.纤锌矿GaN/In_xGa_(1-x)N/GaN球形核壳量子点中的光吸收性质[D].呼和浩特:内蒙古大学,2018.
曲大龙.量子点材料应用于发光二极管的研究进展[J].南方农机,2019,50(9):173-173.
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水质化学分析要求专业人员应用相应的化学试剂、合理的检测方法以及先进的检测设备等对水体的各项指标进行有效检测。在实际开展水质化学分析工作时，检验人员需要依据不同地区具体的水质情况，采取对应主成分分析法、模糊综合监测法等分析方法，严格依据样品采集、储存以及运输等不同环节的要求进行检验。
2023-09-01
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2020-07-16
通信设备给生活带来便利的同时,也带来了日益严重的电磁干扰[1,2,3,4,5].长期生活在电磁辐射环境中,会给人的身体和心理带来不良影响,如人体免疫力降低.随着电子设备小型化,元器件间的电磁波相互干扰,进而缩短设备的使用寿命.手机辐射的电磁波会对精密仪器产生一定的干扰,影响仪器的正常工作.在雷达探测中,电磁干扰会导致军事打击的准确性降低[6,7].
2020-07-14
劳氏紫是一种含有N和S的有机试剂，和Hg(II)之间有较强的结合力。本研究采用化学键合方法，将劳氏紫联接到磁性纳米材料表面，制备一种劳氏紫修饰的功能化核壳型磁性纳米材料，对其进行表征，测试其磁响应性能，并研究对废水中重金属Hg(II)的吸附性能，以期对含Hg(II)废水的吸附处理具有借鉴作用。
2020-07-09![探讨{[Zn(L)(CH3COO)]•(H2O)}n(1)的结构表征与合成方法](https://91xueshu.oss-cn-qingdao.aliyuncs.com/uploads/2019/11/5ddf193d18cac_thumb.jpg)
本文选择了一个含苯甲酸和苯并咪唑基团的双功能配体4-(2-苯并咪唑基)苯甲酸(L)(Scheme1)。该配体中既有芳香羧基又有咪唑环，这两个基团都有很强的配位能力，协同效应下应该会制备出具有新颖结构和性能的配位聚合物。最终，在水热条件下，我们合成了L与Zn(II)的配位聚合物{[Zn(L)(CH3COO)]∙(H2O)}n(1)。X-射线单晶衍射实验发现该配位聚合物为2D结构。
2020-06-29
高校物理化学实验是一门重要的化学基础学科，在巩固加深物理化学理论课程中概念和理论的理解方面有着重要作用。中国海洋大学是一所具有海洋特色的综合性学校，涉海学科一直是我校特色优势化学科，如何结合当代蓝色经济发展的需求，将海洋特色和各专业特色融入到目前实验教学内容当中，丰富实验内容，激发学生学习兴趣，一直是我们实验教学队伍的研究内容。
2020-06-29
超级电容器作为当代应用最为广泛的绿色储能装置，在各市场领域发展前景广阔[1,2]。但因其能量密度不高、使用寿命短等缺陷而无法满足人们对超级电容器的更高性能需求，所以仍需对其性能进行改善。超级电容器性能的高低与电极材料的性能直接相关，而影响电极材料的电化学性能的主要因素有溶液pH、反应物的用量（比例）及反应温度等。
2020-06-29
本文首先通过水热法合成球状TiO2纳米颗粒，利用NaBH4在高温条件下将其还原成黑色TiO2，减小带隙增强对可见光的吸收。然后，将黑色TiO2颗粒在高温条件下与MoS2粉末相结合构建黑色水热法TiO2/MoS2异质结，有效抑制了光生空穴对的重合。同时，利用扫描电子显微镜（SEM）进行形貌结构分析。
2020-06-29
甲醇重整燃烧电池（以下简称“甲醇电池”）为了结构紧凑、控制便利，重整和启燃时均以甲醇水溶液为原料；冷启动时，热量主要由甲醇水溶液气化燃烧供给。因启动温度低、甲醇水溶液气化不足、氧化燃烧催化剂不耐湿、尾气空速大等因素，甲醇难充分燃烧，尾气中常存在一定的甲醇、甲醛等。
2020-06-29
在本文中,我们制备出具有中孔结构的TS-1分子筛,以它作为基底将金属Ga3+离子修饰于分子筛TS-1的表面,得到Ga3+离子改性的中孔分子筛材料。在室温紫外光辐照条件下,考察中孔结构对乙烷C—H键的活化以及对目标产物转化的影响。结果显示,中孔Ga3+-TS-1分子筛显示出极高的光诱导活化乙烷C—H键生成丁烷的能力。
2020-06-29我要评论
期刊名称：化学进展
期刊人气：2158
主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院基础科学局,化学部,文献情报中心,国家自然科学基金委员会化
出版地方：北京
专业分类：化学
国际刊号：1005-281X
国内刊号：11-3383/O6
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创刊时间：1989年
发行周期：月刊
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2020-02-12
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上传者：管理员
