荧光碳量子点复合发光材料及其制备与在led上的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于复合功能材料领域，特别涉及荧光碳量子点复合发光材料及其制备与在LED上的应用。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)作为新型高效固体光源，具有高效、节能、环保、寿命长、安全、色彩丰富、体积小、响应速度快等显著优点。它的出现被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。照明应用是全球第二大能源消耗，约占所有能源消耗的19%，若用LED替代传统白炽灯，将节约90%的耗电量。因此，发展LED产业、推进LED的照明应用进程，将较大幅度地降低能源消耗和环境污染。
[0003]荧光碳量子点作为一种新型发光材料，具有与传统半导体量子点相似的光学性能，同时还具有良好的生物相容性及低毒性。因而在生物成像、光电器件、催化和传感等领域具有巨大的应用前景。随着不断的发展，荧光碳量子点的量子产率可达80%以上，成本低廉。然而，荧光碳量子点以液体的形式存在，难以获得大批量的粉体应用于大规模的应用中。
[0004]经查找发现，目前已有使用荧光碳量子点作为荧光粉发光材料的报道，例如公开文本CN104087295A中发射白色荧光的碳量子点的制备方法及应用，发明专利CN103066188B中将碳量子点荧光粉涂覆在蓝光LED上，公开文本CN103338544A中将碳量子点发光粉末置于发光层上或与发光层中发光材料混合，通过发光层中其他发光材料发光作为碳量子点激发源，实现碳量子点荧光粉末发光。公开文本CN103915553A中使用碳量子点作为LED电致发光层材料，通过结构设计，实现载流子注入式蓝光和白光LED。但是，上述报道中均是单一的碳量子点荧光粉末发光，与传统稀土荧光粉相比，其发光强度大大减弱，而且，而且由于光谱中缺少红色成分，导致其显色指数和发光效率都不高。
[0005]目前，蓝光芯片加可被蓝光高效激发的黄色荧光粉是实现白光最简单的途径，其同样存在着混合得到的白光中红光和绿光部分严重缺失的问题。因此急需一种新的发光材料来制备白光LED以解决现有技术的问题及不足。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种荧光碳量子点复合发光材料。
[0007]本发明另一目的在于提供上述荧光碳量子点复合发光材料的制备方法。
[0008]本发明再一目的在于提供上述荧光碳量子点复合发光材料在LED上的应用。
[0009]本发明的目的通过下述方案实现:
[0010]—种荧光碳量子点复合发光材料，可通过以下方法制备得到:
[0011](I)硅烷功能化荧光碳量子点的制备:将有机硅烷化合物预热搅拌，再加入有机酸，反应，冷却，得娃烧功能化荧光碳量子点溶液。
[0012](2)荧光碳量子点复合发光材料的制备:称取步骤⑴所制备的硅烷功能化荧光碳量子点溶液，加入无水乙醇，加酸调节至pH = 4.0?7.0，随后加入硅酸酯溶液搅拌，再加入荧光粉，反应，干燥，研磨，得所需荧光碳量子点复合发光材料。
[0013]步骤(I)中所述的有机硅烷化合物为Ν-β_(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、稀丙基二甲基娃烧和二烧氧基娃烧中的至少一种O
[0014]优选的，步骤⑴所述的有机硅烷化合物为Ν-β_(氨乙基)-γ_氨丙基三甲氧基硅烷。
[0015]步骤(I)所述的预热是指预热至180?250°C。
[0016]步骤(I)所述的有机酸指酒石酸、苹果酸和柠檬酸中的至少一种。
[0017]优选的，步骤(I)所述的有机酸为柠檬酸，更优选为无水柠檬酸。
[0018]步骤(I)所述的有机酸的加入量相对于硅烷化合物的比例为0.01?0.07g/mL。
[0019]步骤(I)所述的反应是指恒温反应I?30min。
[0020]步骤(I)所述的冷却是指冷却至室温。
[0021]步骤(I)所述的硅烷功能化荧光碳量子点溶液可用石油醚进行纯化。
[0022]步骤(I)优选在惰性气体保护下进行的，更优选为在氮气保护下。
[0023]步骤(2)所述的加酸是指添加盐酸或硫酸，优选为2mol/L的盐酸。
[0024]步骤(2)所述的硅酸酯溶液是指由硅酸酯、无水乙醇、水和盐酸溶液组成的混合溶液，硅酸酯:无水乙醇:水:盐酸溶液的摩尔比为1: (1.5?7): (4?8): (0.05?0.5)。硅酸酯的混合溶液可以预水解硅酸酯溶液，有助于充分反应。所述盐酸溶液优选为2mol/L的盐酸溶液。
[0025]步骤(2)中所述的硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯和正硅酸丙酯中的至少一种。
[0026]优选的，步骤(2)中所述的硅酸酯为正硅酸乙酯。
[0027]步骤⑵所述的搅拌是指在10?60°C下搅拌。
[0028]步骤(2)所述的荧光粉为红色荧光粉或红橙色荧光粉。
[0029]优选的，步骤⑵所述的荧光粉为Y2O3: Eu' CaAl12O19: Mn'3.5Mg0.0.05MgF2.GeO2: Mn'Sr2Si5N8: Eu2+、Ba3MgSi2O8: Eu2+, Mn2+和 BaMg 2Si207: Eu2+, Mn2+中的至少一种。
[0030]步骤(2)中所述的硅烷功能化荧光碳量子点溶液、无水乙醇、硅酸酯溶液和荧光粉的加入比例为(O?Ig): (I?5mL): (3?20mL): (0.01?Ig)。
[0031]步骤⑵所述的反应是指在10?60°C下搅拌反应I?8h。
[0032]步骤⑵所述的干燥是指在60?100°C下真空干燥8?24h。
[0033]步骤(2)所述的研磨是指研磨至粉末。
[0034]通过硅酸酯的水解共缩聚反应，可形成二氧化硅并均匀包覆于无机荧光粉表面，同时硅烷功能化的碳量子点能通过S1-O-Si的键合作用与二氧化硅进行嫁接，均匀地分布于二氧化硅的网络结构中及其表面。通过荧光碳量子点与无机荧光粉进行不同浓度的掺杂，可实现从红-紫到浅绿-蓝范围的发光可调。
[0035]本发明还提供了上述荧光碳量子点复合发光材料在LED上的应用。可通过以下具体步骤实现:
[0036]将荧光碳量子点复合发光材料与环氧树脂搅拌混合均匀后，胶点在375nm紫外芯片上，干燥，得封装LED。
[0037]所述的焚光碳量子点复合发光材料的加入量占环氧树脂质量的5?30%。
[0038]所述的干燥是指在40?80°C的烘箱中真空干燥0.5?3h。
[0039]本发明所设计的荧光碳量子点复合发光材料具有发光颜色可调控性，在375nm紫外芯片的激发下，可成功获得白光，在白光LED上具有巨大的应用前景。
[0040]本发明的机理为:通过硅酸酯的水解共缩聚反应，可形成二氧化硅并均匀包覆于无机荧光粉表面，同时硅烷功能化的碳量子点能通过S1-O-Si的键合作用与二氧化硅进行嫁接，均匀地分布于二氧化硅的网络结构中及其表面。通过荧光碳量子点与无机荧光粉不同浓度的掺杂，得到了从红-紫到浅绿-蓝范围内发光可调的荧光碳量子点复合发光材料。当在375nm紫外芯片的激发下，能成功获得白光，可很好的应用在LED上。
[0041]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果:
[0042](I)本发明所设计的荧光碳量子点复合发光材料具有发光颜色可调控性，通过荧光碳量子点与无机荧光粉进行不同浓度的掺杂，实现了从红-紫到浅绿-蓝范围的发光可调。
[0043](2)本发明所设计的荧光碳量子点复合发光材料在375nm紫外芯片的激发下，可成功获得白光，在白光LED上具有巨大的应用前景。
[0044](3)本发明荧光碳量子点复合发光材料的制备工艺简单、生产周期短、成本低廉，在LED领域具有实际的应用价值。
【附图说明】
[0045]图1为实施例1中荧光碳量子点、CaAl12O19 = Mn4+焚光粉、掺杂0.025g碳量子点的荧光碳量子点/CaAl12O19 = Mn4+荧光粉复合发光材料分别在360nm、330nm、365nm激发波长下的归一化发射光谱图。
[0046]图2为实施例1中掺杂0.025g碳量子点的荧光碳量子点/CaAl12O19 = Mn4+焚光粉复合发光材料分别在 320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm 激发波长下的发射光谱图。
[0047]图3为实施例1中掺杂0.025g碳量子点的荧光碳量子点/CaAl12O19 = Mn4+焚光粉复合发光材料分别在 320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm 激发波长下的色坐标图。
[0048]图4 为实施例1 中分别掺杂 0.005g、0.0lg,0.025g、0.05g、0.lg、0.2g、Ig 碳量子点的荧光碳量子点/CaAl12O19 = Mn4+荧光粉复合发光材料在365nm激发波长下的发射光谱图。
[0049]图5为实施例1中碳量子点、荧光碳量子点/CaAl12O19 = Mn4+荧光粉复合发光材料、CaAl12O19 = Mn4+荧光粉在3