银纳米天线耦合量子点电致发光机理研究

Optical nanoantenna has been widely applicated in community of nano-optics such as optical communications and nonlinear optics, owing to their unique electromagnetics properties. Especially major reported works are focused on photoluminescence modulation and enhancement by surface plasmonic in nanoantenna. However, the investigation on electroluminescence of coupling between shape and size controlled nanoantenna and luminescent materials, and construction of electrically driven high efficient nanoantenna light emitting diode are really rare reported. This project is proposed that construction of nanoantenna light emitting diode by coupling shape and size controlled silver nanoantenna and CdSe/CdS core-shell colloidal quantum dots synthesized with wet chemical method, systematically investigating the effect of shape and size of silver nanoantenna modulation on quantum dots electroluminescence in complicated dielectric environment in optoelectronics, unraveling the fundamental mechanism of photo-electro coupling effect between nanoantenna and colloidal quantum dots by finite element simulations and local Kirchhoff law, to obtain a high efficient light emitting diode modulated by silver nanoantenna. The project provides a significant technology and a novel method for fusing nanoantenna in to the region of quantum dots based display and illumination.

光学纳米天线由于其特殊的电磁特性，已经在光通信、非线性光学等纳米光电子学方面得到广泛的应用。特别是利用纳米天线的表面等离激元来调制、增强荧光物质的光致发光方面的研究已经取得了显著的成就。但是研究形貌和尺寸可控的纳米天线与荧光物质在电致发光方面的光电相互作用机理、构筑电驱动的高效率纳米天线发光器件的报道还实为罕见。本项目拟采用溶液化学合成形貌、尺寸可控的银纳米天线和胶体荧光量子点，构筑银纳米天线耦合CdSe/CdS核壳量子点的发光二极管，系统研究银纳米天线的形貌、尺寸及发光二极管中的介电环境对量子点电致发光的影响规律，借助有限元仿真和局部基尔霍夫定律揭示银纳米天线与量子点之间的相互作用机理，获得由银纳米天线耦合、调制量子点电致发光的高效率发光二极管。开展本项目对纳米天线在量子点照明和显示领域的学科交叉融合和应用发展提供重要技术基础和实现途径。

光学纳米天线能与入射电磁波产生局域表面等离激元共振效应，其共振频率与金属纳米结构的尺寸、形状和排列方式有关。因此，利用纳米天线的表面等离激元效应可以有效实现临近荧光物质光致发光的增强和发光行为调制。但是研究形貌和尺寸可控的纳米天线与荧光物质在电致发光方面的光电相互作用机理、构筑电驱动的高效率纳米天线发光器件的报道还实为罕见。因为在发光器件中引入纳米天线颗粒常常导致荧光猝灭，能带结构失配和界面缺陷等问题。同时，受限于Purcell效应的理论模型是建立在单个发光体与纳米天线的耦合作用基础之上，已不再适用于解释器件中纳米天线与聚集态荧光物质的相互作用机制。因此，需要发展构筑纳米天线耦合发光器件的工艺技术路线，探索纳米天线与聚集态荧光物质耦合的新理论模型，研究器件介电环境对纳米天线耦合聚集态荧光物质的影响规律。本项目采用溶液化学合成形貌、尺寸可控的银纳米天线和胶体荧光量子点，构筑银纳米天线耦合CdSe/CdS核壳量子点的发光二极管，系统研究银纳米天线的形貌、尺寸及发光二极管中的介电环境对量子点电致发光的影响规律。基于统计物理角度的局部基尔霍夫定律，诠释纳米天线对聚集态量子点中载流子动力学过程的调控机制。直接观察到热电子从纳米天线到量子点的注入过程。构筑银纳米天线耦合量子点的发光二极管，通过银纳米天线与电极形成谐振腔提高量子点辐射复合速率，为构筑纳米天线发光器件提供新思路。构筑金纳米天线耦合量子点的发光二极管，获得最高亮度为125091.6 cd/m2的深红光量子点发光二极管，为目前所报道的第二高水平。开展本项目对纳米天线在量子点照明和显示领域的学科交叉融合和应用发展提供重要技术基础和实现途径。