噴墨打印廉價環(huán)保的水性鹵化鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)油墨制備彩色轉(zhuǎn)換膜

2021-07-14 11:01 睿度光電RUIDU

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目前量子點(diǎn)油墨主要使用昂貴的、有毒的、易燃的有機(jī)物質(zhì)作為溶劑，針對此背景，廈門大學(xué)固體表面物理化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室的解榮軍教授課題組提出了以水作為溶劑，通過MicroFab Jetlab 4-xl噴墨打印設(shè)備利用鹵化物和聚乙烯醇基水性油墨原位制備了綠色轉(zhuǎn)換膜，該轉(zhuǎn)換膜顯示出90μm的高分辨率點(diǎn)陣，85%的高光致發(fā)光量子產(chǎn)額，并且在環(huán)境中具有空氣和光穩(wěn)定性，藍(lán)色和紅色轉(zhuǎn)換膜也可以使用水性油墨進(jìn)行噴墨打印制備，新型水性量子點(diǎn)油墨具有的高分辨率及高可靠性在mini/micro LED領(lǐng)域有*大前景。

鹵化鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQDs）由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如可調(diào)節(jié)的發(fā)射波長，高色純度和高光致發(fā)光量子產(chǎn)額，常以溶液、粉末、涂層薄膜和帶有圖案的薄膜形式，應(yīng)用于信息存儲和防偽領(lǐng)域中，為了擴(kuò)大PQDs的應(yīng)用，PQDs制備的彩色轉(zhuǎn)換膜（CCFs）最近被提議用于mini/micro LED組裝中，以實(shí)現(xiàn)全彩、高分辨率柔性顯示器的制備。目前，通常使用噴墨打?。↖nkjet printing）技術(shù)將鈣鈦礦量子點(diǎn)油墨制備成薄膜形態(tài)，制備過程中使用的油墨也有多種，一種是“熒光油墨”，將預(yù)合成的PQDs與一些添加劑（如聚合物、表面活性劑、粘度改善劑）混合，形成具有強(qiáng)發(fā)射力的均勻溶液；另外一種則是“非熒光”油墨，將PQDs的原料溶解在溶劑中，形成透明的前提溶液。廈門大學(xué)解榮軍教授課題組在“In Situ Inkjet Printing Patterned Lead Halide Perovskite Quantum Dot Color Conversion Films by Using Cheap and Eco-Friendly Aqueous Inks”（發(fā)表于《Small Methods》）的研究中，將水作為溶劑通過噴墨打印原位合成的方法加入鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQD）/色彩轉(zhuǎn)換膜（CCFs）溶液中，替換了價格昂貴，毒性強(qiáng)，易燃的N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜等有機(jī)溶劑，并且符合當(dāng)今倡導(dǎo)的“綠色化學(xué)”理念。

▲ 圖1 使用水性油墨原位打印MAPbBr₃/PVA的示意圖

通過將MaBr、PbBr₂、PVA、H₂O注入MicroFab Jetlab 4-xl的四路通道中，在特定的驅(qū)動電壓波形的刺激下產(chǎn)生穩(wěn)定連續(xù)的液滴，根據(jù)預(yù)設(shè)值的程序，依次在石英玻璃基片上進(jìn)行點(diǎn)陣或者圖形的噴墨打印，每種材料噴墨打印的圖形會在原位重合，當(dāng)油墨干燥時，伴隨著水的蒸發(fā)而達(dá)到飽和狀態(tài)。

解榮軍教授課題組還研究了噴墨打印出的MAPbBr₃的大小和均勻性，這決定了最后顯示器件的分辨率和有效亮度區(qū)域，因此有必要通過調(diào)節(jié)噴墨打印參數(shù)控制MaPbBr₃的像素。研究表明，襯底溫度對CCFs的形貌和光致發(fā)光有*大的影響，下圖是在不同襯底溫度下的噴墨打印圖形，在365nm激發(fā)下顯示出不同的熒光，研究表明，顯示不同的熒光是因為圖形的均勻性不同，而均勻性不同的根本原因是因為在不同的襯底溫度下，原位合成的鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液的各組成成分的結(jié)晶速度不同，當(dāng)襯底溫度低于60℃時，PQDs的結(jié)晶速度*慢，聚合物首先凝固，然后馬蘭戈尼對流會帶來鈣鈦礦的前驅(qū)體朝向液滴中心移動，導(dǎo)致均勻性較差，而當(dāng)襯底的溫度較高時，PQDs和聚合物可以在相似的時間內(nèi)結(jié)晶，因此有著較好的均勻性，這表明在高溫下打印CCFs可以獲得優(yōu)異的光學(xué)性能。

藍(lán)色和紅色MAPbBr₃ CCFs也可通過噴墨打印方式制備，下圖是研究人員打印的廈門大學(xué)?；占岸S碼。

綜上所述，解榮軍教授課題組開發(fā)的通過噴墨打印原位合成的MAPbBr₃廉價環(huán)保水性油墨制備的CCFs在526nm出呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的綠色發(fā)射帶，F(xiàn)WHM為22nm，PLQY為85%，通過控制襯底溫度，優(yōu)化了熒光均勻性和像素大小。全彩（紅、綠、藍(lán)）PQD/PVA CCFs均可由水性油墨產(chǎn)生，與使用昂貴或者有毒的有機(jī)溶劑的傳統(tǒng)噴墨方式相比，此研究采用的方法可以打印出穩(wěn)定的、PLQY可接受、高分辨率、高色純度的CCFs，對含水鈣鈦礦油墨和噴墨打印印刷參數(shù)的優(yōu)化研究具有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] In Situ Inkjet Printing Patterned Lead Halide Perovskite Quantum Dot Color Conversion Films by Using Cheap and Eco‐Friendly Aqueous Inks[J]. Small Methods, 2020.