Jakie są postępy w zastosowaniach kropek kwantowych w fotoluminescencji i elektroluminescencji?

Po odkryciu wielu nowych zjawisk fizycznych nanokryształów półprzewodnikowych [1-5] odkryto wiele potencjalnych zastosowań wykorzystujących kropki kwantowe (QD). Ze względu na efekt uwięzienia kwantowego i efekt wielkości kwantowej, półprzewodnikowe kropki kwantowe charakteryzują się szerokim spektrum wzbudzenia, wąską szerokością półwartości, regulowaną długością fali i przetwarzaniem roztworu itp., czemu poświęcono wiele uwagi [6-9]. Po ponad 30 latach rozwoju, materiały kropek kwantowych osiągnęły &, „zieloną ścieżkę syntezy &”, a ich wydajność stopniowo się poprawiała, umożliwiając produkcję i dostawę produktów uprzemysłowionych. Obecnie opracowano urządzenia fotoluminescencyjne do zastosowań komercyjnych, a ta seria urządzeń znalazła zastosowanie w oświetleniu LED. I pole wyświetlacza [10-12]. Zwłaszcza w dziedzinie wyświetlania kropki kwantowe, takie jak cdse, mają wyjątkowo wąskie linie, wysokie nasycenie kolorów i silne możliwości reprodukcji kolorów obiektów, które mogą osiągnąć ponad 120% gamy kolorów ntsc [13, 14], co powoduje większość telewizorów na świecie poszukiwany przez producentów i dostawców ekranów telefonów komórkowych. Odkąd firma SONY wypuściła pierwszy telewizor z kropką kwantową w 2013 r., firmy takie jak TCL, Samsung, LG i Nanojing Technology wypuściły na rynek kilka produktów z kropką kwantową, obejmujących wiele dziedzin, takich jak telewizory, telefony komórkowe i monitory komputerowe [15,16]. Na wystawie CES 2018 w Stanach Zjednoczonych TCL, Hisense i inne firmy naciskały na technologię wyświetlania kropek kwantowych, co z pewnością będzie promować dalszy rozwój i wzrost wyświetlania kropek kwantowych. Szacuje się, że w 2025 roku wyświetlacze z kropkami kwantowymi mogą zajmować ponad 30% rynku [17].

Niniejszy przegląd koncentruje się na zastosowaniu kropek kwantowych w zastosowaniach fotoluminescencyjnych i elektroluminescencyjnych w wysokiej jakości oświetlenia i technologii wyświetlania. Rozwój kropek kwantowych wszedł w fazę zastosowań komercyjnych od początkowego oświetlenia do dzisiejszego fotoluminescencyjnego podświetlenia wyświetlacza o wysokiej gamie kolorów'. W kolejnym etapie można sobie wyobrazić, że stopniowe obniżanie kosztów kropek kwantowych, synteza wielkoskalowa oraz wysiłki producentów takich jak QD Vision, Samsung i LG w zakresie elektroluminescencji kropek kwantowych będą dalej promować elektryczność wielkopowierzchniowa kropek kwantowych. Komercjalizacja urządzeń elektroluminescencyjnych.

2. Koloidalne kropki kwantowe

Koloidalne kropki kwantowe zwykle odnoszą się do kryształów o rozmiarach nanosyntetyzowanych i przetwarzanych w roztworze [18], które mogą być równomiernie zdyspergowane w roztworze. Powierzchnia kropek kwantowych pokryta jest warstwą organicznych ligandów, które są połączone wiązaniami koordynacyjnymi. Na powierzchnię kropki kwantowej. Najpopularniejszymi kropkami kwantowymi są nanocząstki półprzewodnikowe złożone z grupy II-VII (cdse, cds, Znse, cds, Pbs, Pbse), III-VI (InP, InAs) lub I-III-VII (cuIns2, AgIns2). Łącząc w syntezie różne pierwiastki i ligandy, można uzyskać kropki kwantowe o różnej morfologii i właściwościach [19,20].

Ze względu na efekt wielkości kwantowej i efekt ograniczenia kwantowego, po prostu dostosowując rozmiar przygotowanych kropek kwantowych, widmo może obejmować wszystkie długości fal od niebieskiej do bliskiej podczerwieni [21-23]. Na przykład kropki kwantowe z selenku kadmu, gdy wielkość cząstki syntetycznej wzrasta z 2 nm do 8 nm, w świetle ultrafioletowym jej kolor może zmienić się z niebieskiego na czerwony [24]. Obecnie kropki kwantowe na bazie kadmu okazały się bardzo skuteczne [25], a do etapu aplikacji weszły kropki kwantowe złożone z kadmu, cynku, selenu, siarki i innych pierwiastków. Jednocześnie bezkadmowe kropki kwantowe, takie jak InP [26], są również w trakcie postępu badawczego; Kropki kwantowe perowskitu są obecnie również popularnym systemem badawczym, ale stabilność kropek kwantowych perowskitu nadal stanowi problem. Niniejszy przegląd skupia się na koloidalnych półprzewodnikowych kropkach kwantowych.

2.1. Rozwój syntezy kropek kwantowych

Synteza kropek kwantowych odegrała decydującą rolę w rozwoju kropek kwantowych. Tylko stabilne i niezawodne kropki kwantowe mogą stanowić podstawę do badań i zastosowań przemysłowych. Zgodnie z systemem syntezy kropek kwantowych dzieli się go na fazę wodną i fazę olejową, ale stabilność kropek kwantowych syntetyzowanych w fazie wodnej jest słaba, wydajność kwantowa jest niska, rozkład wielkości jest szeroki i jest łatwo ulega aglomeracji i wytrącaniu i jest stopniowo eliminowany [27]. W układzie fazy olejowej, zwykle zawartej w organicznym rozpuszczalniku o wysokiej temperaturze wrzenia w temperaturze 120-360°C, prekursor reaguje tworząc jądra kropek kwantowych i zatrzymuje wzrost poprzez późniejsze schłodzenie [25,28,29]. W 2001 roku Peng [29] i inni z powodzeniem przygotowali wysokiej jakości kropki kwantowe cdse, cds i cdte przy użyciu tlenku kadmu, który ma niską toksyczność i reaktywność. Następnie w 2002 roku zaproponowano niekoordynujący układ rozpuszczalników [30], który jest obecnie najczęściej stosowanym układem. Szeroki system oktadecenu, ten niskotopliwy, wysokowrzący roztwór, z powodzeniem przygotował kropki kwantowe cds w atmosferze Ar. Ten system syntezy nie wymaga reakcji w środowisku bezwodnym, a reakcja jest łagodna, jakość jądra kryształu jest łatwa do kontrolowania, powtarzalność eksperymentu jest dobra, proces przygotowania jest uproszczony i jest znany jako [ GG] quot;zielona droga syntezy". To jest teraz naukowo i przemysłowo. Wszystkie są syntetyzowane za pomocą tej metody.

W ciągu ostatnich 10 lat udoskonalono również metodę mikroreakcji. Ta metoda może być wykorzystywana do produkcji nanokryształów na dużą skalę i zapewnia dobrą kontrolę nad właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Dzięki zwiększeniu sterowalności reaktora integracja czujników, które mogą być analizowane w czasie rzeczywistym na każdym etapie procesu, oraz optymalizacja algorytmu w celu zwiększenia wydajności umożliwiły tę poprawę [31,32]. Koloidy nanokrystaliczne zostały z powodzeniem zsyntetyzowane w mikroreaktorach, takich jak cdte, cdse, InP[33,34], a nawet kropki kwantowe typu core/shell cdse/Zns i Znse/Zns [35]. Chociaż metoda mikroreaktorowa może zastąpić syntezę okresową, potrzebne są dodatkowe ulepszenia, aby zsyntetyzować nanokryształy o bardziej złożonych składach, kształtach i kontrolowanych właściwościach fluorescencyjnych.