核多壳结构共掺杂型水溶性白光量子点及其在LED器件中的应用

This project aims to prepare a kind of non-toxic and stable white quantum dots (QDs) M:ZnSe/ZnS/N:ZnSe/ZnS using combining core-multi shell technology, co-doped technology and energy band engineering. Core-multi shell technology could dope different impurity into core and shell, avoiding energt coupling of different impurities. Co-doped technology makes QD emit fluorescence of different impurity at the same time. The thickness of the intermediate transtion layer controls energy coupling by modulating the distance of two impurities, improving the quantum yields of QDs. The stability of QDs can be enhanced with shell by controlling difussion of impurity. This project studys the technology of controlling the internal defects, the technology of modulation position of impurity, the technology of preparation of multi-layer QDs, the technology of controlling energy coupling of impurities, technology of modulation emission of impurities, technology of assembly and optimization white-Emitting Diode (LED). The preliminary results have made good progress. The results of this project not only offers new feasible measures for modulation of optical properties of doped QDs, but also provides a kind of white light LED with non-toxic, better stable, better workabiligy, mass production, low cost for lighting field.

本项目提出结合共掺杂技术与核-多层壳技术设计制备一类具有稳定性强、荧光量子效率高、无毒的多层结构水溶性白光量子点。量子点从内到外由掺杂核、过渡渐变壳、掺杂壳和外层构成。采用共掺杂技术在量子点中引入两种能够发射出两个不同波长荧光的杂质，用于白光的调制。采用核-多层壳结构将不同杂质分别限制在核与掺杂壳中可以控制杂质间距离，从而调制不同杂质间的能级耦合情况。利用渐变壳层降低核与掺杂壳间的界面应力可抑制界面缺陷的形成、提高量子点的荧光量子效率。在掺杂壳外包裹宽带隙外壳材料可抑制杂质对量子点表面配体的催化氧化作用，提高量子点的稳定性。项目将研究核多壳结构共掺杂量子点的制备技术、杂质荧光色度的调制、杂质位置的控制、核壳界面缺陷的抑制、杂质间能级耦合状况的调制等内容。项目的前期成果已初步制备出所设计结构的量子点，其最终成果将为LED照明领域提供了一类显色指数高、光色参数稳定的新型白光照明材料。

本项目结合核－壳及共掺杂技术制备了无毒的、发光稳定的Ag、In、Mn和Cu等单掺杂或多掺杂的白色荧光量子点，并成功搭建了基于水溶性量子点的光致和电致发光LED。项目按照研究计划的进度有序进行，目前已经掌握了内部掺杂量子点缺陷控制技术、杂质位置控制技术、多层壳量子点制备技术、杂质能级耦合状况调制技术、杂质荧光调制技术、水溶性量子点LED器件组装及优化工艺等一系列关键技术。在此基础上，为了获得发光效率更高的LED，项目开发了两相法制备高亮度的Cu、Mn共掺杂的ZnSe量子点，并利用ZnO壳层提高量子点的稳定性和发光效率。最后，在项目的资助下，尝试了新型的Mn掺杂的钙钛矿量子点，并通过调控Mn杂质和钙钛矿的发光，实现了单一量子点发射白光，为后续项目的研究奠定了基础。项目在完成上述研究目标的同时，项目培养研究生10名其中博士2名，培养本科生13名，资助参加学术会议20人次，并做报告，邀请同行做报告3人次。到目前为止，已超额完成项目研究目标和预期目标。