[發明專利]一種透明ZnO 量子點/有機硅納米復合材料、制備方法及應用

有效

• 申請號: 201210178491.X
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102690520A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 梁國正;廖文娟;顧嬡娟;袁莉
• 申請（專利權）人: 蘇州大學;顧嬡娟
• 主分類號: C08L83/07
• 分類號: C08L83/07;C08K9/06;C08K9/04;C08K9/02;C08K3/22
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及透明有機-無機納米復合材料技術領域，具體是涉及一種透明ZnO量子點/有機硅納米復合材料及其制備方法和用途。

背景技術

近年來，透明半導體納米量子點（Quantum?Dots，簡寫為QDs）/聚合物納米復合材料引起人們的廣泛重視，它在光電器件、半導體發光二極管（LED）封裝或者戶外霓虹燈的表面封裝等領域具有廣闊的應用前景。

復合材料的基本組成是決定其性能的關鍵，因此半導體納米量子點和有機樹脂基體的選擇十分重要。ZnO是一種重要的半導體材料，不僅無毒、紫外屏蔽性能好、折射率高、價廉、在空氣中化學穩定性好、能帶隙能寬（3.4eV）、發射結合能高（60meV），而且在380nm和450～600nm分別存在一個窄的激子發射峰和很強的可見發射峰。因此，ZnO?QDs能夠改善封裝材料的UV屏蔽效應，延長白光LED的發光壽命，通過提高封裝聚合物的折射率而提高光取出效率；同時也可取代Cd基或Pb基量子點成為制造白光的理想材料。另一方面，與傳統封裝用樹脂（聚氨酯、丙烯酸樹脂和環氧樹脂）相比，有機硅樹脂具有熱穩定性優、紫外輻射穩定性強、吸水率低、可見光區透過率高等優點，近年來成為制備封裝復合材料的首選樹脂。

綜合上述分析，ZnO?QDs/有機硅復合材料是一種具有很大應用前景的材料。但是目前該類材料存在幾個突出問題。首先，ZnO?QDs具有高的表面能（即使儲存在0℃也容易長大并團聚），同時也容易產生Ostwald?ripening現象而使可見光發射峰消失（參見文獻：M.K.Patra,?M.Manoth,?V.K.Singh,?G.SiddaramanaGowd,?V.S.Choudhry,?S.R.Vadera,?N.Kumar,?Synthesis?of?stable?dispersion?of?ZnO?quantum?dots?in?aqueous?medium?showing?visible?emission?from?bluish?green?to?yellow,?Journal?of?Luminescence?2009,129:?320–324）。其次，未經表面處理的ZnO?QDs很容易在制備及固化過程中發生團聚，從而使所制得的復合材料的透光率較低。例如，有文獻報道制備的ZnO?QDs/硅樹脂復合材料，當ZnO?QDs的加入量僅為0.4wt%時，所制得的ZnO?QDs/硅樹脂復合材料的可見光透過率降低了11.51%(600nm)，同時，由于ZnO?QDs的加入促進了硅樹脂的降解，從而降低了復合材料的殘炭率（參見文獻：Yang?Yang,?Wan-Nan?Li,?Yong-Song?Luo,?Hong-Mei?Xiao,?Shao-Yun?Fu,?Yiu-Wing?Mai,?Novel?ultraviolet-opaque,?visible-transparent?and?light-emitting?ZnO-QD/silicone?composites?with?tunable?luminescence?colors,?Polymer,?2010,51:?2755-2762）。因此如何將疏油性的ZnO?QDs很好地分散到有機聚合物基體中成為制備高透明和高熒光效率的聚合物基納米復合材料的關鍵。

中國發明專利CN?101580628A公開了一種采用溶膠-凝膠法摻雜金屬元素（如Cu³⁺,?Li⁺,?Ce⁺或Al³⁺的金屬元素）至半導體QDs的方法，并采用有機表面修飾劑修飾量子點表面，在此基礎上制備了含QDs的發光透明硅膠納米復合材料。但是該方法存在兩個缺點：（1）摻雜金屬元素的方法會使QDs表面缺陷增大，從而使其光穩定性降低；（2）這些有機表面修飾劑與硅膠之間無化學鍵連接,因此在制備及儲存復合材料的過程中，量子點很容易發生遷移，不能確保其在硅膠中的分散性，從而造成復合材料的使用可靠性降低。

因此，如何克服現有ZnO?QDs/有機硅納米復合材料所存在的因團聚而引起的透光率降低以及熒光效率偏低、ZnO?QDs催化降解有機硅的問題，研發兼具高可見光透過率和發光效率、高熱穩定性能的新型ZnO?QDs/有機硅納米復合材料具有重要的意義。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足，本發明的目的是在于提供一種兼具高可見光透過率和發光效率、高熱穩定性能的ZnO量子點/有機硅納米復合材料及其制備方法，所制得的復合材料主要應用于光電器件、LED固體照明器件或戶外霓虹燈的外用封裝材料。