Care sunt dezvoltările de aplicare a punctelor cuantice în fotoluminescență și electroluminiscență?
Sep 14, 2021
În urma descoperirii multor fenomene fizice noi de nanocristale semiconductoare [1-5], au fost descoperite multe aplicații potențiale folosind puncte cuantice (QD). Datorită efectului de izolare cuantică și efectului de dimensiune cuantică, punctele cuantice semiconductoare au caracteristicile spectrului larg de excitație, lățimea îngustă a jumătății de valoare, lungimea de undă reglabilă și procesarea soluției etc., care au primit o atenție extinsă [6-9]. După mai bine de 30 de ani de dezvoltare, materialele quantum dot au atins o "cale de sinteză verde", iar performanța lor s-a îmbunătățit treptat, permițând producția și furnizarea de produse industrializate. În prezent, au fost dezvoltate dispozitive fotoluminiscente pentru aplicații comerciale, iar această serie de dispozitive au fost utilizate în iluminatul cu LED-uri. Și câmpul de afișare [10-12]. În special în domeniul afișajului, punctele cuantice, cum ar fi cdse, au lățimi de linie extrem de înguste, saturație ridicată a culorilor și capacități puternice de reproducere a culorilor pentru obiecte, care pot ajunge la mai mult de 120% din gama de culori NTSC [13,14], provocând majoritatea televizoarelor din lume căutate de producători și furnizorii de ecrane pentru telefoane mobile. De când SONY a lansat primul televizor quantum dot în 2013, companii precum TCL, Samsung, LG și Nanojing Technology au lansat mai multe produse quantum dot, acoperind multe domenii, cum ar fi televizoare, telefoane mobile și monitoare de calculator [15,16]. La expoziția CES din 2018 din Statele Unite, TCL, Hisense și alte companii au insistat pentru tehnologia de afișare quantum dot, care va promova cu siguranță dezvoltarea și creșterea în continuare a afișajului quantum dot. Se estimează că, în 2025, afișajele quantum dot pot ocupa mai mult de 30% din piață [17].
Această revizuire se concentrează pe aplicarea punctelor cuantice la aplicațiile de fotoluminescență și electroluminescență în tehnologiile de iluminare și afișare de înaltă calitate a culorilor. Dezvoltarea de puncte cuantice a intrat în stadiul de aplicare comercială de la iluminarea inițială la fotoluminiscența de astăzi de înaltă gamă de culori de afișare lumina de fundal. În etapa următoare, se poate imagina că reducerea treptată a costului punctelor cuantice, sinteza la scară largă și eforturile depuse de producători precum QD Vision, Samsung și LG în electroluminiscența quantum dot vor promova în continuare energia electrică pe suprafețe mari a punctelor cuantice. Comercializarea dispozitivelor electroluminiscente.
2. Puncte cuantice coloidale
Punctele cuantice coloidale se referă de obicei la cristale de dimensiuni nano sintetizate și prelucrate în soluție [18], care pot fi dispersate uniform în soluție. Suprafața punctelor cuantice este acoperită cu un strat de liganzi organici, iar liganzii sunt conectați prin legături de coordonare. La suprafața punctului cuantic. Cele mai frecvente puncte cuantice sunt nanoparticulele semiconductoare compuse din grupa II-VII (cdse, cds, Znse, cds, Pbs, Pbse), grupa III-VI (InP, InAs) sau grupa I-III-VII (cuIns2, AgIns2). Prin combinarea diferitelor elemente și liganzi în sinteză, se pot obține puncte cuantice cu morfologii și proprietăți diferite [19,20].
Datorită efectului de dimensiune cuantică și a efectului de izolare cuantică, prin simpla ajustare a dimensiunii punctelor cuantice pregătite, spectrul poate acoperi toate lungimile de undă de la albastru la infraroșu apropiat [21-23]. De exemplu, punctele cuantice selenide de cadmiu, atunci când dimensiunea particulelor sintetice crește de la 2nm la 8nm, sub lumina ultravioletă, culoarea sa poate trece de la albastru la roșu [24]. În prezent, punctele cuantice pe bază de cadmiu s-au dovedit a avea performanțe excelente [25], iar punctele cuantice compuse din cadmiu, zinc, seleniu, sulf și alte elemente au intrat în stadiul de aplicare. În același timp, punctele cuantice fără cadmiu, cum ar fi InP [26], sunt, de asemenea, în curs de desfășurare a cercetării; punctele cuantice perovskite sunt, de asemenea, în prezent un sistem popular de cercetare, dar stabilitatea punctelor cuantice perovskite este încă o problemă. Această revizuire se concentrează pe puncte cuantice semiconductoare coloidale.
2.1. Dezvoltarea sintezei cuantice a punctelor
Sinteza punctelor cuantice a jucat un rol decisiv în dezvoltarea punctelor cuantice. Numai puncte cuantice stabile și fiabile pot fi obținute pentru a pune bazele cercetării și aplicațiilor industriale. Conform sistemului de sinteză a punctelor cuantice, acesta este împărțit în faza de apă și sistemul de fază uleioasă, dar stabilitatea punctelor cuantice sintetizate în faza de apă este slabă, randamentul cuantic este scăzut, distribuția dimensiunii este largă și este ușor de aglomerat și precipitat și a fost eliminată treptat [27]. În sistemul de fază uleioasă, de obicei incluzând în solventul organic cu punct de fierbere ridicat la o temperatură de 120-360 °C, precursorul reacționează pentru a forma nucleele punctelor cuantice și oprește creșterea prin răcire ulterioară [25,28,29]. În 2001, Peng [29] și alții au pregătit cu succes cdse, CDS și cdte de înaltă calitate folosind oxid de cadmiu, care are toxicitate și reactivitate scăzută. Apoi, în 2002, a fost propus un sistem de solvenți neconfodonând [30], care este în prezent cel mai utilizat sistem. Sistemul octadecen larg, această soluție cu topire redusă, cu fierbere ridicată, a pregătit cu succes puncte cuantice CDS într-o atmosferă Ar. Acest sistem de sinteză nu trebuie să reacționeze într-un mediu anhidru, iar reacția este ușoară, calitatea nucleului cristalin este ușor de controlat, reproductibilitatea experimentului este bună, procesul de preparare este simplificat și este cunoscut sub numele de "calea de sinteză verde". Acum este academic și industrial Toate sunt sintetizate folosind această metodă.
În ultimii 10 ani, metoda micro-reacției a fost, de asemenea, îmbunătățită. Această metodă poate fi utilizată pentru a produce nanocristale pe scară largă și pentru a avea un bun control asupra proprietăților fizice și chimice. Datorită creșterii controlabilității reactorului, integrarea senzorilor care pot fi analizați în timp real în fiecare etapă a procesului și optimizarea algoritmului pentru creșterea producției au făcut posibilă această îmbunătățire [31,32]. Coloidele nanocristaline au fost sintetizate cu succes în microreactoare, cum ar fi cdte, cdse, InP[33,34], și chiar cdse/ Zns și Znse / Zns core / shell quantum dots [35]. Deși metoda microreactorului poate înlocui sinteza lotului, sunt necesare îmbunătățiri suplimentare pentru a sintetiza nanocristale cu compoziții, forme și proprietăți de fluorescență mai complexe.
