基于稀土配合物NdQ及PbS量子点的近红外电致发光器件的研究

基于稀土配合物NdQ及PbS量子点的近红外电致发光器件的研究

邓建东

东莞市光志光电有限公司 523846

摘要:由于稀土近红外波束(800-1600nm)发光波长外延在现代电子光纤和通信,生物技术应用研究领域和生物传感器与应用系统等一些高科技领域的发展方向中同样也同样有着其它一些有着很重要科学意义上的重要技术用途,把发光半导体和电谐致半导体元件中的发光波段延伸应用，拓展推广到稀土近红外波束领域中，这无疑将发挥其更广泛、更深远的使用价值。稀土离子配合物能够更有效的获得一个极薄范围内的放射峰,在稀土近红外波段环境下就可以很有效地实现具有较高光谱范围下的半导体发光二极管器件效率。窄带隙的半导体量子点材料也同样因其具有的对量子尺寸的任意调节特性,使性能变得更加的稳定,可用于溶液表面处理等其优良的特性因此也是吸引了来到了半导体业内的很多国际高端研究人员们极大地的高度关注。本系列部分研究论文主要内容是主要研究探讨和研究发展了一系列基于稀土配合引发物的NdQ和半导体的PbS量子点构成的新型半导体近红外电致发光外源光器件。

关键词:电致发光器件、近红外光、PbS量子点

一.基于稀土有机配合结构物的新型近红外光谱OLED荧光传感器系统的研究进展

近些年,将有机电致发光源器件上的EL发射的波长范围从紫外可见区逐渐扩展延伸到了近红外范围(780-2500nm)。经研究发现,发射波长在约800nm波长附近的OLED材料表现出的红外量子效率最高，但是波长超过了1000nm时的发射效率要低于0.3%。低光谱的红外发射量子效率低下在很大的程度上来说是因为即使是在没有重金属原子修饰的条件下,高光谱PL量子效率的近红外有机聚合物染料和可见光有机发光分子材料的可选发光材料数量仍然较少。近红外波段可见光(800-1600nm)可见光在固体电子学技术和固体光子科学,特别的是可见光在无线光纤通信,生物技术应用和传感器领域等中均有着其很大潜力的新用途,使电光致发光学元件的从发光波段延伸至近红外波段,有着重大的价值。近红外半导体发光的材料类型主要还是可以简单分为有机金属和无机半导体二大类,有机半导体近红外的发光的材料种类主要还包含利用了稀士资源生产的各种有机金属配合体,以及各种有机元素的无机染料等等;而无机的近红外发光材料中则可能包含了III、IV族的物质,以及无机窄带隙中的零点五导体量子点。

二.稀土配合物中8羟基异喹啉钕基(NdQ)稀土的化学合成方法及紫外发光谱性能研究

2.1 NdQ的合成

NdQ是指一种稀土配合物,从其分子结构我们可以直接看出其由至少1个钕离子与至少3个8羟基喹啉类配体共同构成,我们一般根据Ndcl3:8羟基喹啉中(1:3)物质的余量称量来进行稀土反应及合成。首先,将含有0.19939的干燥粉碎后得到的Ndcl三粉溶于约二十ml氢氧化钠除去镁离子的水中,经超声加速水解而获得浅紫色水溶液,然后依次将含0.43559的八羟基喹啉的干粉,分别溶于约二十ml浓乙酰丙胺水中,经超声还原而获得淡黄色水溶液。然后,先将Ndcl三水溶液缓慢的注入在无磁子搅拌罐中配置的八羟基喹啉类药物醇(HQ)溶液槽中,反应后就获得了上层黄色的粘稠混合水溶液,在常温搅拌下混合约二个小时后再均匀添加大约20ml的甲醇溶液,搅拌大约10个多小时结束后,将上述混合的溶液缓慢倒入离式心管,用约5000md/min的转速进行离心约2min,取出离心机后要将离心机上层的浅黄色溶液均匀倒掉,在离心机下产生的高浓度难降解有机污染物的黄色而黏稠的溶液。但由于NdQ很不难直接被溶于极浓盐酸氯仿中,而8一羟基喹啉类也就很微少的容易被直接溶于氯仿,所以只需要先在用极浓的氢氯酸溶液仿多次离心,清洗后再拂去溶于氯仿的溶剂混合物中产生的剩余的8一羟基喹啉类。然后再快速地转移并晾干至80℃干燥箱内,直到干燥过程结束后只留下了浅黄色的固体粉末。最后若需继续进行结晶或纯化时,对其在黄色的固体粉末高温情况下进行加热干燥或升温,使之随着蒸发水的挥发和冷凝而成膜,并覆于上方的干净和湿润的透明的玻璃片表面上,在透明玻璃片上NdQ覆膜粉末均匀的刮或落下,然后密封和干燥在通风良好和干燥阴凉的干燥环境条件下的储存。

2.2小结

采用含有Ndcl3盐的氢氧化钠饱和盐酸水溶液再与一种含有8一羟基喹啉酮盐溶液的半浓甲醇硫酸溶液再在半室温状态条件下分别进行反应合成并制备成功了这样一种新型稀土金属有机配合物NdQ,并目前已可对其的部分光学性质进行了深入研究,同时探讨了稀土配合物的发光原理。将稀土NdQ与聚合物PVP混合后制备成功了一种稀土杂化材料,通过调节PVP比例,使NdQ溶液的发射强度明显提高。分析与研究结果认为具有长链结构特点的聚合物分子中PVP吸收会直接在正分子NdQ表面上形成一层包覆性膜层,造成或增强了该聚合物NdQ分子结构表面上的刚性化,减少了正分子内部因为正分子本身的吸热作用和振动效应等造成的能量的吸收或损失,此外可将分子PVP在吸收能量后又以再一次被吸收的能量的形式再直接的传递给能传递给正分子NdQ结构中的配体,配体的再吸收能量耗尽后将能以下一个或更远高快的速率重新传递能量传递给聚合物分子中Nd3+,因此它也进一步增强了聚合物Nd3+分子表面的表面荧光素的光发射强度。

三.PbS量子点在LED器件中的研究

3.1PbS量子点在LED器件中的应用

PbS体结构材料常温环境下的带电隙约为每秒0.41eV,玻尔吸收半径大约为每18nm,根据量子尺寸效应,其光致发光率和电致发光效率很容易就被精确调节放大到了近红外波段,因而,以PbS量子点技术为主要基础结构的纳米结构材料已经在固体光电器件领域开始得到较为广泛应用研究。2003年bakueva首次将PbS量子点与聚合物MEH.PPV混合材料作发光层材料制备得到了单层器件,得到能量来源于PbS的波长1000-1600nm的近红外光子发射,他们研究指出光激子能量将通过单层聚合物链传递到量子点,而这种能量的传递过程的能量效率又与包覆了PbS的量子点上的单层聚合物链长相关。2005年KonstantatosISol用同样的发光层并采用PPV和A1Q分别做空穴和电子传输层制备器件得到了近红外发射。二零零八年Bourdakos[sol将PbS量子点层单独地用于发光层设计中的近红外器件设计上,激子也可以直接的从PbS量子点层里产生,从而大幅减少了激子必须先在有机物原子表面里形成,进而再把其能量直接传导到量子点层上的工作流程。二零一二年XinMatSqd,组以二巯基硫醇置换产生的PbS量子点可同时地用于半导体发光层与半导体光电信息传输层,以进一步制备一种高性能可靠的近红外电子器件。

3.2利用PbS量子点波长转换膜技术实现的近红外电致发光谱技术研究

此外,电荷的分离现象也是暗指的发生作用于在两个量子点间距之对问处的另外的一种光致的发光和发光淬灭发生机制,量子点间距的相对减小则进一步增大了到了发光或淬灭的发生作用的可能性。

3.3小结

制备和得到了另一个基于PbS量子点结构材料的单层器件,器件在可见区的发射峰随着电压的增大出现蓝移,从720nm移动到460nm,几乎覆盖整个可见区域。分析认为电场作用下的电子和空穴形成激子后,所释放的能量被合成量子点中间产物的有机配体吸收并转移给Pb2+,随着旌加电场的增大,pb2+的更高能级获得能量产生发射,导致发射峰向短波长移动。

四.总结:

OLED拥有视野广、亮度高、光响应快、温度稳定性高、可移动等突出特点,代表了显示科技的新发展趋势,现已成为发光科技与平板显示等科技发展的重点领域。和OLED一样,量子点LED的感光物质量子点也可由胶体溶液等方法制备,器件生产流程简化、成本低、可生产于柔性基板上;同时发射峰值有窄的零点五高宽度,因此发射峰位也可以利用量子尺寸效应加以控制;由于无机量子点拥有良好的对水、氧抵抗能力,且技术成本也较低廉,现已成为显示科技中的研发亮点。采用制备了NdCl三钠盐的氢氧化钠水溶液再与含8..羟基喹啉衍生物的浓甲醇溶液在室温常压下加热反应后合成制备了一种稀土金属有机配合物NdQ,并已对其的光学性质进行了深入研究,同时探讨了稀土配合物的发光原理。将金属NdQ与有机聚合物PVP混合后制备得了新型稀土杂化材料,造成稀土NdQ的分子结构变得更加具有刚性化,使得配体在吸收能量后可以获得更高快的速率来传递能量信息给稀土Nd3+,因此有效增强提高了稀土N矿的紫外荧光的发射强度。

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