Rannsóknarstaða efnis í skammtapunktum og notkun þeirra á ljósljómun og rafmagnsljómun

Eftir uppgötvun margra nýrra eðlisfræðilegra fyrirbæra hálfleiðara nanókristalla [1-5], hafa mörg möguleg forrit sem nota skammtapunkta (QD) fundist. Vegna skammtafærsluáhrifa og skammtastærðaráhrifa hafa skammtapunktar hálfleiðara einkenni breiðs örvunar litrófs, þröngrar hálfbreiddar, stillanlegrar bylgjulengd og lausnarvinnslu osfrv., Sem hafa fengið mikla athygli [6-9]. Eftir meira en 30 ára þróun hafa skammtapunktaefni náð &, grænni myndunarleið&“, og árangur þeirra hefur smám saman batnað, sem gerði framleiðslu og framboð iðnvæddra vara kleift. Eins og er hafa ljósljómandi tæki verið notuð í atvinnuskyni og þessi röð tækja hefur verið notuð í LED lýsingu. Og sýna sviði [10-12]. Sérstaklega á skjánum hafa skammtapunktar eins og cdse afar þröngar línubreiddir, mikla litamettun og sterka litafritunargetu fyrir hluti, sem geta náð meira en 120% af ntsc litasviðinu [13,14], sem veldur flestum sjónvörpum í heiminum Eftirsótt af framleiðendum og birgjum farsímaskjáa. Síðan SONY gaf út fyrsta skammtaspjaldssjónvarpið árið 2013 hafa fyrirtæki eins og TCL, Samsung, LG og Nanojing Technology gefið út nokkrar skammtaframleiðsluvörur sem ná til margra sviða eins og sjónvarps, farsíma og tölvuskjáa [15,16]. Á CES sýningunni 2018 í Bandaríkjunum ýttu TCL, Hisense og önnur fyrirtæki undir skammtatölvuskjátækni, sem mun örugglega stuðla að frekari þróun og vexti skammtaspjaldaskjás. Áætlað er að árið 2025 geti skammtaspilaskjár tekið meira en 30% af markaðnum [17].

Þessi endurskoðun fjallar um beitingu skammtapunkta við ljóslýsingu og rafmagnsforrit hágæða lýsingar og skjátækni. Þróun skammtapunkta er komin á svið viðskiptalegrar notkunar frá upphaflegri lýsingu til dagsins í dag' Á næsta stigi má ímynda sér að smám saman lækkun kostnaðar við skammtapunkta, stórmyndun og átak framleiðenda eins og QD Vision, Samsung og LG í rafmagnsupplýsingum skammtapunkta, stuðli enn frekar að raforku á stórum svæðum skammtapunkta. Verslun með rafljómandi tæki.

2. Skammtafræðilegir skammtapunktar

Kolloidal skammtapunktar vísa venjulega til kristalla í nanóstærð sem eru myndaðir og unnir í lausn [18], sem hægt er að dreifa jafnt í lausnina. Yfirborð skammtapunkta er þakið lag af lífrænum bindum og bindurnar eru tengdar með samhæfingarbindingum. Upp á yfirborð skammtapunktsins. Algengustu skammtapunktarnir eru hálfleiður nanóagnir sem samanstanda af II-VII hópi (cdse, cd, Znse, cd, Pbs, Pbse), III-VI hóp (InP, InAs) eða I-III-VII hóp (cuIns2, AgIns2). Með því að sameina mismunandi þætti og bindur í mynduninni er hægt að fá skammtapunkta með mismunandi formfræði og eiginleika [19,20].

Vegna skammtastærðaráhrifa og skammtafærsluáhrifa, með því einfaldlega að stilla stærð tilbúinna skammtapunkta, getur litrófið náð yfir allar bylgjulengdir frá bláu til næst innrauða [21-23]. Til dæmis, kadmíumselenen skammtapunktar, þegar tilbúin agnastærð eykst úr 2nm í 8nm, undir útfjólubláu ljósi, getur litur hennar breyst úr bláum í rautt [24]. Á þessari stundu hafa kadmíum-undirstaða skammtapunktar reynst hafa framúrskarandi árangur [25] og skammtapunktar sem eru samsettir úr kadmíum, sinki, seleni, brennisteini og öðrum þáttum eru komnir á umsóknarstigið. Á sama tíma eru kadmíumlausir skammtapunktar eins og InP [26] einnig í rannsóknarferli; perovskite skammtapunktar eru einnig vinsælt rannsóknarkerfi um þessar mundir, en stöðugleiki skammta punkta perovskite er enn vandamál. Þessi endurskoðun fjallar um skammtafræðilega skammtapunkta í hálfleiðara.

2.1. Þróun skammtaframleiðslu

Nýmyndun skammtapunkta hefur gegnt afgerandi hlutverki í þróun skammtapunkta. Aðeins er hægt að fá stöðuga og áreiðanlega skammtapunkta til að leggja grunninn að rannsóknum og iðnaði. Samkvæmt myndunarkerfi skammtapunkta er það skipt í vatnsfasa og olíufasa kerfi, en stöðugleiki skammtapunkta sem eru myndaðir í vatnsfasanum er lélegur, skammtaframleiðsla er lítil, stærðardreifingin er breið og það er auðvelt að þjappa og botnfalla og hefur smám saman verið eytt [27]. Í olíufasakerfinu, venjulega með lífrænum leysiefni með háum suðumarki við hitastigið 120-360 ° C, hvarfar forverinn til að mynda kjarna skammtapunkta og stöðvar vöxtinn með síðari kælingu [25,28,29]. Árið 2001, Peng [29] og aðrir unnu með góðum árangri hágæða geisladiska, geisladiska og cdte skammtapunkta með því að nota kadmíumoxíð, sem hefur lítil eituráhrif og viðbrögð. Síðan árið 2002 var lagt til kerfi sem ekki samræmist leysi [30], sem er nú mest notað kerfið. Víðtæka oktadecen kerfið, þessi bráðna, bráðnandi, suðulausa lausn, útbjó með góðum árangri geisladiska skammtapunkta í Ar andrúmslofti. Þetta myndunarkerfi þarf ekki að bregðast við í vatnsfrítt umhverfi og viðbrögðin eru væg, auðvelt er að stjórna gæðum kristalkjarnans, endurtekjanleika tilraunarinnar er gott, undirbúningsferlið er einfalt og það er þekkt sem [ GG] quot; grænn myndunarleið" ;. Það er nú fræðilega og iðnaðarlega. Þeir eru allir myndaðir með þessari aðferð.

Undanfarin 10 ár hefur örhvarfsaðferðin einnig verið bætt. Þessa aðferð er hægt að nota til að framleiða nanókristalla í stórum stíl og hafa góða stjórn á eðlis- og efnafræðilegum eiginleikum. Vegna aukinnar stjórnunar á kjarnakljúfnum hefur samþætting skynjara sem hægt er að greina í rauntíma í hverju ferliþrepi og hagræðingu reikniritsins til að auka framleiðsluna gert þessa úrbætur mögulega [31,32]. Nanokristallað kollóíð hefur tekist að mynda í örskynjara, svo sem cdte, cdse, InP [33,34], og jafnvel cdse/Zns og Znse/Zns kjarna/skel skammtapunkta [35]. Þó að microreactor aðferðin geti komið í stað runugerðar, þá þarf frekari endurbætur til að mynda nanókristalla með flóknari samsetningum, formum og stjórnanlegum flúrljómunseiginleikum.

Mynd 1 Þróunarsaga skammtapunkta

2.2. Quantum punktur uppbygging hönnun og hagræðingu

Skammtapunktar eru litlir að stærð og hafa stórt sérstakt yfirborðsflatarmál. Það fer eftir stærð þeirra, ~ 10% -80% af öllum atómum þeirra eru staðsett á yfirborðinu og skilja aðeins eftir dreifingarsvæði að hluta. Þessi ómettuðu yfirborðshangandi tengi virka sem áhrifarík hleðslugildra, sem geta dregið verulega úr skammtaframleiðslu og geta auðveldlega brugðist við súrefni og orðið óstöðug [36]. Fyrsta stefnan til að metta þessi hangandi skuldabréf er með lífrænni passivation. Í þessu ferli er hægt að nota viðeigandi lífræn bindindi sem samhæfingu yfirborðsatóma og geta einnig bætt leysni skammtapunkta í tilteknum leysi. Dæmigert ligand eru tríóctýlfosfín (toP), tríóctýlfosfínoxíð (toPo), olíusýra (oA) og ýmis fituamín (eins og oleýlamín, oktýlamín osfrv.) [37,38]. Með því að nota þessa yfirborðsbanda er hægt að auka lága skammtaframleiðslu óskiptra skammtapunkta (venjulega< 1%)="" að="" hluta="" til="" á="" milli="" 1%og="" 50%.="">

Almennari lausn til að vinna bug á óstöðugleika kjarnans er að vaxa ólífrænt skellag í epitaxial kringum kjarnann. Það fer eftir því hvernig brúnir leiðisbandsins (cB) og gildisbandsins (VB) magnefnisins eru í takt við kjarnaskelina, sérstakt val á kjarna og skel efni getur ákvarðað mismunandi rafræn mannvirki og þannig haft mismunandi flúrljómun einkenni. Með því að undirbúa mismunandi ólífræn kjarna/skel heterostructures, er hægt að stjórna nákvæmlega dreifingu rafeinda og gata í skammtapunktum til að veita nauðsynlega mótun sjón, rafeinda og efnafræðilegra eiginleika til að laga sig að fjölmörgum möguleikum. Bawendi [38] og Alivisatos [40] tilkynntu um ítarlegar rannsóknir á vexti cdse/Zns og cdse/cds, sem undirstrikuðu áhrif skeljasamsetningar og þykktar á staðfærslu flutningsaðila og lögðu til mikilvæga stofn tengi kjarna/skelgrindur. Meðal allra tilbúinna aðferða sem notaðar eru til að rækta skammtapunkta kjarna/skeljar, samfellt jónlag aðsog og hvarf (sILAR) kerfi þróað af Li [41] o.fl. hefur alltaf verið algengust. Hins vegar, þar sem SILAR málsmeðferðin er venjulega tímafrek og flókin, skammtapunktar unnir með" eins pott aðferð" hafa einnig mikla skammtaframleiðslu. The örbylgjuofn-aðstoð myndun cdse/cds/cdZns kjarna/multi-skel skammtapunkta [42] hefur mikla lýsingu og framúrskarandi stöðugleika. Þessi aðferð býður upp á nokkra kosti við nýmyndun sem byggir á inndælingu, svo sem virkjunarsvæði forvera, mikla fjölföldun í lotu til lotu og næstum samfellda framleiðslu nanókristalla. Önnur" eins pott aðferð" er notað til að undirbúa CDS/ZNS skeljarlagið með stigvöxt utan CDSE kjarna. Vegna stjórnaðs kristalviðmóts milli skeljanna tveggja við hátt hitastig 310 ° C hefur það um 90% af skammtaframleiðslu [43].

Hins vegar hafa kjarna- og skelefnin venjulega mismunandi grindarbreytur; þess vegna veita uppbyggingargallar sem eiga það til að birtast í kjarna-skel viðmótinu rás sem er ekki geislandi og þessi uppbygging mun einnig draga úr skammtaframleiðslu skammtapunkta. Þess vegna, til viðbótar við að íhuga rafræna uppbyggingu efnisins sjálfs, verður skelurinn að vera stilltur á viðeigandi hátt fyrir lágmarks mismunun grindarinnar milli kjarnans og skeljarinnar til að forðast uppbyggingargalla [44]. Til að leysa þetta vandamál er framkvæmanleg aðferð að nota málmblendi eða halla skellag sem biðlag. Í þessari uppbyggingu er flokkað álfelgur sem smám saman breytist úr einu efni í annað er notað til að létta álag sem stafar af rangri mismunun grindar. Árið 2005 voru CDSE / CDS / Zn0.5cd0.5s / ZNS skammtapunktar með mikilli birtu myndaðir í fyrsta skipti [45] og þetta hugtak var lagt til. Með því að breyta málmblendinu smám saman á milli ZNS sem hefur meiri misræmi í grindunum við CDS, fæst meiri skammtaframleiðsla. Þetta hugtak á víða við í ýmsum skammtafræðilegum efnum. Að auki getur þessi halli málmblöndun í raun hamlað sameiningu á snjó sem er ekki geislandi. Til viðbótar við að búa til mismunandi skeljar með mismunandi grindarbreytum fyrir rafmagnsljómun, getur hallastigið lagið einnig dregið úr endurblöndun á snigli sem ekki geislar. Til að bæta rotnunartíðni og þar með bæta ytri skammtaframleiðslu rafmagns [46].

3. Ljósalýsingarforrit skammtapunkta

Með stöðugri hagræðingu á nýmyndunaraðferðum, uppbyggingarhönnun og smám saman endurbótum á skammtaframmistöðu, eru rannsóknir og markaðssetning á skammtafræðilegum skammtatækjum einnig í gangi [47-50]. Tvær umsóknir ljóssins eru aðallega hágæða lýsingarvísitöluforritið með fullri litrófsþekkingu sýnilegs ljóss skammtapunkta og beitingu baklýsingu skjásins með þröngri losunarbreidd.

Mynd 2 Kostir skammtapunkta í (a) skjá og (b) lýsingu

3.1. Há lýsingarvísitala solid ástand ljósabúnaður

Hefðbundin hvítt ljós solid-state lýsingartæki eru oft samsett úr GAN ljósdíóðum og YAG: CE gulum sjaldgæfum jarðfosfórum [51], en þessi hvíta ljós LED sýnir oft mikla litahitadreifingu (CCT> 5000K) og lág litaviðmiðunarvísitala (CRI).< 70)="" fwhm="&" quot;"=""> 60nm) og ekki er hægt að forðast þetta tap. Aftur á móti gerir stillanleiki skammtapunkta í sýnilega ljóssviðinu kleift að stjórna litasamsetningum og hálfbreidd litrófsins er tiltölulega þröng (FWHM=~ 30nm), sem getur myndað hágæða hvítt ljós með nákvæmlega sérsniðnu litróf (cRI> 90) [55]. Árið 2008, Nizamoglu o.fl. [56] rannsakaði hvernig kerfi CDSE/ZNS skammtapunkta getur gefið frá sér rautt og grænt ljós og í fyrsta skipti hulið skammtapunkta í bláum LED flögum til að fá hvítt ljós. Þessi blendinga uppbygging skammtapinna er ein af fyrstu aðferðum til að nota bláa LED til að búa til hágæða hvítt ljós. Fyrsta viðskiptalega notkun skammtapunkta var í föstu lýsingu; árið 2010, QD Vision í Bandaríkjunum og Nanojing tækni Kína kynntu skammtabúnað fyrir kælingu til hitunar og beittu þeim á LED lýsingarvörur.

Ein leið til að nota skammtapunkta til að útbúa solid-state lýsingartæki með háum litaflutningsvísitölu er að nota fosfór og skammtapunkta til að blanda saman og nota frábært rautt ljósróf skammtapunkta til að bæta upp litróf fosfórs til að ná fram hár litaflutningsvísitala hvít ljósslosun. chung [57] blandað rauðu ljósi cdse/Znse kjarna/skel skammtapunktum í ofangreinda YAG: ce fosfór og pakkað því í LED, sem getur aukið litaflutningsvísitöluna í 92; siffalovic [58] o.fl. nota cdse/Znse skammtapunkta Blandað með fosfór og gert í þunna filmu, litaflutningsvísitala pakkaðra hvítljósabúnaðar náði 92; Xie [59] o.fl. bjartsýni uppbyggingu skammtapunkta og fosfórs og hjúpaði fosfórlagið á skammtafilmfilmu til að bæta lumenvirkni í 110lm/W og litaflutningsvísitalan náði 90.

Önnur aðferð er að nýta sér stillanlegt litróf skammtapunkta og nota skammtapunkta með mismunandi losunartoppum fyrir umbúðir. Lee [60] o.fl. fjarstýrðar rauðar og grænar ljóslosandi InP skammtapunktar, en hnit hvítu ljóssins geta náð (0,27, 0,23); shin [61] o.fl. notaði loftgap til að hylja skammtapunkta á LED flögum dreyptum með kísillkvoðu. Litaflutningsvísitalan náði 81; Lin [62] o.fl. blönduðu skammtapunktum af mismunandi litum cdse/Zns á sveigjanlegu undirlagi og notuðu útfjólubláa ljósgjafa sem örvunarljós og hæsta litaflutningsvísitalan náði 96.

Að auki getur kynning á optískt virkum dópuðum jónum í skammtapunkta komið fyrir hámarks losunartóma í losunarrófi skammtapunkta, sem hægt er að sameina með öðru ljósi sem myndast til að mynda hvítt ljós. Þetta er meginreglan um að nota dópaðar jónir til að gefa frá sér ljós til að undirbúa hvít ljós LED. . Í samanburði við skammtapunkta sem ekki eru dópaðir, er óhreinindatoppurinn rauðskiptur miðað við útblásturshámark hýsilsins, sem eykur Stokes-vaktina og dregur þar með úr áhrifum skammtafræðilegrar frásogs; á sama tíma, borið saman við dópað lýsandi efni Vegna þess að efni sem ekki eru dópuð hafa meiri ljóstillíf og hitauppstreymi [63]. Samkvæmt bókmenntaskýrslum er hægt að gróflega skipta hvítum ljósdíóðum sem unnin eru með dópaðri jónlosun í þrjá flokka: Mn2+ lyfja, cu2+ lyfja og Mn2+ og cu2+ samdóp. Xu [64] o.fl. nýmyndaðir geisladiskar/Zns skammtapunktar dópaðir með Mn2+ jónum með" flash" aðferð og pakkað hvítum ljósdíóða með YAG: ce fosfórum og litaflutningsvísitala hennar náði 80; Wang [65] o.fl. tilbúin geisladiskar/Zns skammtapunktar dópaðir með cu2+ jónum, sem bættu flúrljómun í rauða hljómsveitinni, með litaflutningsvísitölu {{16}}; Wang [66] o.fl. dópað Mn2+ í Znse kjarnanum og cu2+ í Zns skelinni. Með því að láta það sýna tvöfalda hámarks losun, pakkað hvítt ljósabúnaður nær 95 og lumenvirkni er 73,2lm/W, sem hefur meiri möguleika.