自浸润式纳米压印耦合实现量子点发光二极管性能提升

胶体量子点材料因其优良的窄发射光谱、可调发射波长、高发光效率和优异的稳定性而被广泛研究,且同时具有溶液可加工性使得量子点发光二极管(Quantum dot light-emitting diode,QLED)具有广泛的适用性和应用。然而,器件自身存在的基底模式导致QLED器件大量光子被限制在内部无法利用。本文基于纳米压印工艺同时利用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)材料本身的表面结合能开发出溶剂自浸润式纳米压印工艺,对压力依赖度低的同时简化了工艺流程,制备出高质量周期性的1.3,1,0.5μm三种尺寸的微纳结构图案层,对红、绿、蓝三色QLED器件进行耦合实现光提取。在这种情况下,1.3μm微纳结构耦合绿光QLED器件亮度达到715069 cd·m^(-2),最大外量子效率(External quantum efficiency,EQE)和电流效率分别提升至12.5%和57.3 cd·A^(-1);1μm尺寸耦合的蓝光QLED器件各电学性能提升接近200%;0.5μm尺寸耦合红光QLED器件EQE也从17.3%提升至20.5%。并通过角分布测试,证明微纳结构不会对QLED器件发光强度造成影响,仍然接近朗伯体发射。本工作提出的溶剂自浸润式纳米压印工艺及QLED光提取方法,为QLED的性能提升提供了一条简单有效的途径。

高掺Er^(3+)上转换纳米晶发光性质多维调控研究进展

近年来,高掺Er^(3+)纳米晶的上转换发光研究取得了显著进展。与传统发光材料相比,这类材料具有多波段激发、穿透能力强的激发波段、光色动态可调以及对外场刺激响应灵敏等特点,在光信息安全、温度探针、生物成像等领域展现出巨大应用潜力。本文综述了高掺杂Er^(3+)纳米晶发光性质的多维调控策略,涵盖基质组成、结构设计以及能量传递机制的深入解析,详细探讨了发光强度增强、光色调控、动力学过程调节和激发波段拓宽等方面的最新研究成果。此外,本文还探究了外场激励对高掺杂Er^(3+)体系发光性能的调控机制,详细分析了温度、压力及金属表面电场等关键因素的影响,并从提升多光子跃迁概率和减少无辐射能量损失等角度揭示发光增强机理。最后,总结了激发模式调控高掺杂Er^(3+)上转换发光的有效方法,并对未来发展方向进行了展望。

980 nm LD激发下Yb^(3+),Er^(3+)∶Y_2O_3纳米晶粉体的上转换发光

用共沉淀法合成出Yb3+,Er3+离子双掺杂的Y2O3粉体,X射线衍射结果表明所制备粉体为立方Y2O3结构。场发射扫描电镜照片显示其颗粒形状为球形,粒径为60~80 nm;该粉体在波长为980 nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为562 nm的绿色和660 nm的红色上转换荧光,分别对应于Er3+离子的4S3/2/2H11/2→4I15/2跃迁和4F9/2→4I15/2跃迁。发光强度和激发功率关系的研究揭示其均为双光子过程,能量传递和激发态吸收是上转换发光的主要机制。由于其高效的上转换发光性能,这种材料有可能应用于荧光标记和红外探测方面。

基于DNA电化学发光传感器研究金纳米颗粒对量子点的电化学发光影响

纳米金颗粒具有高的消光系数和良好的表面等离子体共振特性,其等离子体共振特性受纳米金颗粒的尺寸和周围环境等因素的影响.本文基于半导体纳米晶电化学发光信号对金纳米颗粒的距离依赖性制备了DNA电化学发光传感器.首先利用循环伏安法(CV)在玻碳电极(GCE)表面原位沉积金纳米颗粒(Au NPs),巯基丙酸包裹的Cd S量子点(QDs)与氨基修饰的双链DNA(ds DNA)通过酰胺键缩合,形成量子点修饰的双链DNA(QDs-ds DNA).最后将QDs-ds DNA通过ds DNA另一端的巯基组装到纳米金表面,得到Cd S QDs-DNA/Au NPs/GCE电化学发光传感器.在优化电极表面QDs-ds DNA密度、金纳米颗粒沉积方法等实验条件的基础上,对不同传感器的表面性质进行了表征,如形貌和电化学阻抗等.进一步通过控制纳米金和Cd S QDs之间的DNA研究了纳米金对Cd S QDs发光信号的影响作用.结果显示DNA链的长度和类型对发光信号有着重要的影响.最后将此传感器用于环境污染物的DNA损伤检测,显示出很好的灵敏响应.

丁胺包裹的CdSe量子点敏化的TiO_2纳米晶薄膜电子转移机制

利用超快光谱技术系统研究了在丁胺包裹的CdSe量子点敏化的TiO2纳米晶薄膜起始时刻界面间电子转移动力学。与之前的报道不同,该实验结果表明：CdSe量子点经过表面修饰后,两相电子注入机制——热电子和冷电子注入得以被证实,即：电子能分别从CdSe量子点导带中高的振动能级和导带底转移到TiO2的导带。该机制详细描绘了电子在纳米界面间转移的图景。进一步研究发现：热电子注入的电子耦合强度（3.6±0.1 meV）比弛豫后的基态电子注入高两个数量级,基于Marcus理论,伴随着0.083 eV的重组能,冷电子注入的耦合强度值为-50μeV。

强上转换发光的LiLu_(1-x)Yb_xF_4∶Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的制备

利用高温热分解法制备了LiLuF_4∶Yb,Tm@LiGdF_4核壳纳米晶。在980nm激光激发下,与未包覆的样品相比,LiLuF_4∶Yb,Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的发光增强了15倍左右,这主要是因为通过惰性壳层的包覆可以有效抑制表面猝灭效应。另外,随着核中Yb^(3+)离子的摩尔分数从20%增加到100%,上转换发光强度逐渐增大,最大增加了12.4倍左右。这主要是由于增加Yb^(3+)离子的浓度可以增加纳米粒子对激发光的吸收和提高Yb^(3+)到Tm^(3+)的能量传递速率。所制备的LiYbF_4∶2%Tm@LiGdF_4核壳纳米晶的发光效率高达4%。

量子点双标记的Fe_3O_4@Au磁性纳米DNA电致发光型传感器

合成了Fe3O4@Au磁性纳米粒子,并根据单链寡聚核苷酸(ss-DNA)杂交原理,利用量子点电化学发光,构建了DNA电化学传感器。在磁控玻碳电极(MCGCE)表面,将5'-SH-ssDNA捕获探针自组装在Fe3O4@Au磁性纳米粒子上,然后与目标DNA互补的一端杂交形成dsDNA,再与双标记了量子点的5'-NH2-ssDNA-NH2-3'信号探针杂交形成三明治杂交的DNA。应用循环伏安法对DNA的固定与杂交进行了表征。目标DNA浓度在1.0×10-13～1.0×10-11mol/L范围与其响应的ECL信号呈线性关系,检出限为1.8×10-14mol/L。由于采用量子点双标记法,检测的灵敏度显著提高。

NaYF_4:Yb^(3+),Er^(3+)发光上转换纳米晶的表面修饰及其生物效应

不理想的发光上转换纳米晶(UCNPs)表面效应成为其生物标记的主要障碍。本文合成了表面带有氨基功能基团的水溶性NaYF4∶Yb3+,Er3+UCNPs,并通过共价偶联的方式将聚乙二醇(PEG)分子修饰到其表面。光谱测试表明纳米晶的发光性质基本没有变化,扫描电镜结果说明修饰的PEG分子在一定程度上减少了纳米晶的聚集。最后,细胞毒性实验证明这种修饰后的上转换纳米晶具有良好的生物相容性。

Ag纳米晶对Tm/Yb共掺碲酸盐玻璃上转换发光性能的影响

在稀土离子掺杂碲酸盐玻璃中引入Ag纳米晶,通过等离子共振(SPR)可使荧光发射得到增强,上转换发光效率得到明显提升。研究了Ag纳米晶对Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃上转换发光的影响,分析了上转换发光机理。结果发现,经过(330℃,30 min)热处理后,玻璃中析出了Ag纳米颗粒,尺寸为5～8 nm。Ag纳米晶的引入可使玻璃上转换蓝、红光由三光子吸收转变为双光子吸收。由于局域场表面等离子体共振增强以及Ag与Tm3+之间的能量转移,使得含Ag纳米晶玻璃的荧光强度比不含Ag纳米晶的玻璃提高了约5倍。

YF_3∶Yb,Er纳米晶的固相合成及上转换发光性能

采用一种简单的低温固相法制备了YF3∶Yb,Er纳米晶,重点探究了烧结温度、烧结时间对纳米晶微结构及发光性能的影响。通过XRD、SEM和FA对样品进行了表征。XRD结果表明:烧结温度达到400℃,烧结时间达到1h,即可获得正交相的YF3∶Yb,Er纳米晶;SEM分析表明:制备的YF3∶Yb,Er纳米晶呈现光滑的类球形,粒径随烧结温度升高及烧结时间增加而变大;FA结果显示:在980nm红外激光激发下,样品的可见光发射峰分别位于波长409、524、547和657nm处,其强度与烧结温度、烧结时间正相关。

半导体量子点集成有机发光二极管的光光转换器进展

介绍的光光转换器是新型红外光-可见光转换器件,红外光产生的光生载流子直接注入有机发光二极管产生可见光。以半导体红外探测与有机发光器件单片集成的光光转换器,直接实现了红外光到可见光的集成转换,在红外凝视技术中有极大的应用潜力。综述了无机红外探测与有机发光的光-光转换器的研究进展。

Na^＋掺杂KLaF4∶Er^3＋/Yb^3＋纳米晶上转换发光性能的研究

采用水热法,以乙二胺为络合剂合成了Na^+离子掺杂的六方相KLaF_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米晶。利用X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)对样品的晶体结构、形貌和表面吸附进行了表征;测量了不同含量Na+掺杂样品在980 nm近红外光激发下的上转换发射光谱和4F9/2能级的荧光寿命。结果表明:随着Na^+掺杂浓度的增加,KLaF_4∶Er^(3+)/Yb^(3+)纳米晶上转换红绿光的发光强度均呈现出先增大后减小的趋势,红绿光发射最强强度分别为未掺Na+样品的7.3倍和5.2倍。Na^+掺杂使Er^(3+)离子周围晶场的不对称性降低和纳米晶表面吸附基团的减少是发光增强的主要原因。针对Na+掺杂样品的荧光寿命低于未掺样品的原因作了简要讨论。

NaYF_4:Yb^(3+),Er^(3+)上转换发光纳米晶在三元混合溶剂体系中的配体交换修饰及发光性质

选用2-胺乙基膦酸双官能团小分子作为配体交换剂,采用氯仿/乙醇/水三元混合溶剂体系下的配体交换修饰方法,解决了疏水纳米晶与亲水配体的有效接触反应问题,实现了上转换纳米晶的水溶性以及表面胺基功能化修饰.通过傅里叶变转换红外光谱和热重分析证实了表面配体分子的替换.透射电子显微镜和激光粒度分析结果显示,所得水溶性纳米晶具有粒径均一,水力直径小和分散稳定的特点.样品的发射光谱结果表明,配体交换过程对纳米晶的发光无明显影响,保持了良好的发光性能.通过荧光共聚焦成像技术实现了胺基修饰上转换发光纳米晶对HeLa细胞的光学成像,证实所得纳米晶适合于潜在的生物学应用.

LPCVD自组织生长Si纳米量子点的发光机制分析

采用低压化学气相沉积 (LPCVD)方法 ,通过纯SiH4气体的表面热分解反应 ,在SiO2 表面上自组织生长了半球状Si纳米量子点 ,在室温条件下实验研究了其光致发光 (PL)特性 ,考察了PL效率与峰值能量随Si纳米量子点尺寸的变化关系。结果指出 ,当Si纳米量子点高度hc<5nm时 ,其PL效率基本保持不变。而当hc>5nm时 ,PL效率则急剧下降。同时 ,PL峰值能量随hc 的减少而增大 ,并与 (l/hc) 2 成正比依赖关系。如当hc 从 5 5nm减小至 0 8nm时 ,其峰值能量从 1 2 8eV增加到 1 4 3eV ,出现了约 0 15eV的谱峰蓝移。我们用量子限制效应

SiO_2 膜的薄层化对自组织生长Si纳米量子点发光特性的影响

采用低压化学气相沉积方法 ,依靠纯 Si H4 气体的热分解反应 ,在 Si O2 表面上自组织生长了 Si纳米量子点 .实验研究了 Si O2 膜的薄层化对 Si纳米量子点光致发光特性的影响 .结果表明 ,当 Si O2 膜厚度减薄至 6 nm以下时 ,Si纳米量子点中的光生载流子会量子隧穿超薄 Si O2 层 ,并逃逸到单晶 Si衬底中去 ,从而减少了光生载流子通过Si O2 / Si纳米量子点界面区域内发光中心的辐射复合效率 ,致使光致发光强度明显减弱 .测试温度的变化对 Si纳米量子点光致发光特性的影响 ,则源自于光生载流子通过 Si O2 /

Yb^(3+)和Er^(3+)共掺杂的CaF_2纳米晶近紫外上转换发光

研究了Er3+和Yb3+共掺杂的CaF2纳米材料的制备及其紫外上转换发光性质。在980 nm二极管激光器激发下,该材料可发出相对较强的紫外和绿色双色上转换发光。研究了敏化离子Yb3+以及发光中心离子Er3+掺杂量对该材料紫外上转换发光相对强度的影响,并进一步对该材料紫外上转换发光增强的可能机制进行了探讨。

NaYF_4∶Yb,Er超细纳米晶的合成及单带红色上转换发光研究

通过水热法成功合成了直径约为3 nm的NaYF4∶Yb,Er超细纳米晶。荧光光谱测试表明,其发射波长位于660 nm的单带红光,其杂质光的含量低于1/99.6。机理研究表明超细纳米晶的尺寸效应产生的表面高能量振动声子和激发光子的高表面散射率导致4F7/2能级上的电子通过消耗基质声子能量而向下弛豫到4S3/2和2H11/2的概率大大降低,而主要通过4F7/2+4I11/2-2×2F9/2跃迁过程布居4F9/2能级,从而实现强红光发射。

热载流子多结太阳能电池CdSe/CdS核壳量子点和纳米片的声子瓶颈效应机理

热载流子多结太阳能电池(HCMJSC)是热载流子及叠层电池概念相结合而提出的一种较有前景的第三代太阳能电池之一,其理论效率在一个标准太阳条件(即1000 W/m 2,25℃)下将高于65%,远高于32%的单节硅基电池极限效率。该型电池主要包括一个宽带隙的顶结薄膜和一个适中带隙的厚底结基底,以分别高效吸收利用高能和低能光子。其广泛应用于光电器件的宽带隙CdSe/CdS低维材料体系(如量子点、纳米片等)有望成为顶结薄膜的合适候选材料。然而,该材料体系中的声子瓶颈效应(PBE)机理目前尚不明晰。文章主要研究了CdSe/CdS核壳量子点(QDs)和纳米片(NPLs)中的PBE机理;通过稳态光致发光(SSPL)和皮秒时间分辨尺度光致发光(ps-TRPL)技术,计算该材料体系的热弛豫系数(Q th),从而定量分析激发载流子的弛豫速率,同时阐述了PBE和量子点中常见的俄歇复合之间的耦合关系,最终系统研究了QDs和NPLs中载流子弛豫过程机理,提出HCMJSC的发展路径和建议。

BaYF_5：Yb,Er纳米晶的水热合成及上转换发光性能

以KBF4为氟源水热制备了BaYF5∶Yb,Er纳米晶。探究了无表面活性剂条件下水热制备BaYF5∶Yb,Er纳米晶方法中,前驱液pH值、氟源用量对所制备样品结构、形貌、粒径及发光性能的影响。XRD结果表明,制备的样品属于四方晶系;SEM及FA结果显示,在pH=10及n3+Re∶n-BF4=1∶1.25条件下制备的样品颗粒呈类球状、粒径均匀,其上转换发射强度最大。分析了水热反应作用机制,获得了无表面活性剂条件下水热制备BaYF5∶Yb,Er纳米晶的最适宜pH值及氟源用量。

CeO_2∶Er^(3+)纳米晶的合成及上转换发光特性研究

采用燃烧法制备得到CeO2:Er3+纳米晶粉末。用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和荧光分光光度计等对CeO2:Er3+纳米晶的结构、形貌和上转换发光特性进行了研究。结果表明:所得到的纳米晶粒度均匀、结晶完好,属于立方萤石结构。上转换发光光谱的研究表明:在980nm红外光激发下,可以发现上转换荧光,分别来自于Er3+离子的2 H11/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。