一种用碳量子点做发光层的发光二极管的制备方法与流程

本发明涉及一种用碳量子点做发光层的发光二极管的制备方法，属发光材料及器件制备及应用的技术领域。

背景技术：

量子点电致发光二极管QD-LEDs是一种基于量子点电致发光的发光二极管，是一种把无机纳米量子点与有机材料相结合的发光器件，量子点是QD-LEDs发光的基体材料，QD-LEDs与有机电致发光器件OLED相比具有诸多优点：QD-LEDs的发光颜色可以通过控制量子点尺寸调节，具有高的色彩饱和度；QD-LEDs的发光材料为无机量子点材料，具有高的抵抗水、氧能力，能保持性能和结构的稳定性且封装要求较低；QD-LEDs自身能够产生不同纯色，不需要通过彩色过滤器；QD-LEDs中的量子点材料制备容易、成本低。

量子点作为QD-LEDs的基体发光材料，是一种≤10nm的纳米材料，在半导体器件中量子点作发光层、有机材料作电子传输层及空穴传输层，实验证明具有良好的发光性能；由于半导体量子点的发射光谱较窄，制作的半导体量子点发光器件具有较窄的可见光谱，半导体量子点由于含有镉和其它有毒的重金属，限制了应用范围。

碳量子点CQDs是一种碳纳米材料，具有低毒、较高的光稳定性和化学稳定性，在发光器件中具有较广泛的应用前景，但在制备过程中还存在较多的技术弊端，还在科学研究中。

技术实现要素：

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，以邻苯二甲酸，乙二胺为原料，经水热合成、过滤、透析、合成碳量子点，以碳量子点做发光层制成发光二极管，以大幅度提高发光器件的发光性能。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：邻苯二甲酸、乙二胺、去离子水、丙酮、异丙醇、甲苯、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯、氟化锂、铝、导电玻璃，其组合准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

(2)水热合成制备碳量子点水溶液

①配制混合溶液

在聚四氟乙烯容器中，加入邻苯二甲酸1.66g±0.001g、乙二胺0.67mL±0.001mL、去离子水30mL±0.001mL，搅拌5min，使其溶解，成混合溶液；

②将装有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于超声波分散仪中，进行超声分散，超声波频率60KHz，超声分散时间10min；

③超声分散后，将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭；

④将反应釜置于电加热炉中，进行加热，加热温度200℃±1℃、加热时间360min；

混合溶液在反应釜内，在水热合成过程中将发生化学反应，反应方程式如下：

式中：N-CQDs：含氮碳量子点

⑤冷却，水热合成后停止加热，混合溶液随加热炉反应釜冷却至25℃；

(3)过滤

将冷却后的混合溶液置于烧杯中，用注射器吸取溶液，用0.22mm的微孔滤膜进行过滤，留存滤液，弃掉滤膜及其上的沉淀物；

(4)透析

①将滤液置于纤维素透析袋内，并密闭；

②将盛有滤液的纤维素透析袋置于烧杯中，加入去离子水500mL，去离子水要淹没纤维素透析袋，在烧杯底部置放磁子搅拌器；

③将烧杯置于电加热器上，加热温度30℃±1℃，磁子搅拌器搅拌，加热搅拌时间12h；

④透析后，停止加热，停止搅拌，使纤维素透析袋内的滤液冷却至25℃；

(5)冷冻

透析后，将透析袋内的滤液移入干燥瓶中，并将干燥瓶置于冰箱中，进行冷冻，冷冻温度-60℃，冷冻时间为120min；

(6)真空冷冻干燥

将冷冻后的干燥瓶置于真空冷冻干燥箱中，进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度-50℃，真空度6Pa，冷冻干燥时间24h，冷冻干燥后得固体荧光碳量子点粉末；

(7)制备电致发光二极管

电致发光二极管为7层结构，第一层为导电玻璃层，第二层为阳极层，即ITO层，第三层为空穴传输层，第四层为发光层，第五层为电子传输层，第六层为电子注入层，第七层为阴极层；

①预处理导电玻璃ITO

将导电玻璃置于玻片支架上，将支架置于烧杯中，加入去离子水100mL，然后置于超声波分散仪中，进行超声清洗，超声波频率为40KHz，超声清洗时间20min；

去离子水清洗后，将玻片支架及其上的导电玻璃置于另一烧杯中，加入丙酮100mL，进行超声清洗，超声波频率为40KHz，超声清洗时间20min；

紫外光照射，将清洗后的导电玻璃置于紫外光照射箱内，并密闭，紫外光功率40W，紫外光照射时间30min，紫外光照射后导电玻璃的功函数达4.8eV；

②导电玻璃ITO面朝上，即为阳极层；

③旋涂空穴传输层

将预处理后的导电玻璃置于旋涂仪上，且ITO面朝上；

将聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)0.2mL±0.001mL置于导电玻璃上，开启旋涂仪，旋涂速率为3000r/min，旋涂时间60s；旋涂后用去离子水进行擦边处理；

旋涂后将导电玻璃及其上的涂覆层置于真空干燥箱中干燥，真空度6Pa，干燥温度120℃，干燥时间30min；干燥后为空穴传输层；

④配制碳量子点甲苯溶液，称取碳量子点0.01g±0.001g，量取甲苯10mL±0.001mL，置于烧杯中，搅拌5min，并用220nm滤膜过滤，成碳量子点甲苯溶液；

⑤旋涂发光层

将旋涂了空穴传输层的导电玻璃置于旋涂仪上，将配制的碳量子点甲苯溶液0.18mL±0.001mL置于导电玻璃的空穴传输层上部；

开启旋涂仪，旋涂速率为1000r/min，旋涂时间30s；旋涂后用丙酮进行擦边处理；

旋涂后将导电玻璃置于真空干燥箱中干燥，真空度6Pa，干燥温度120℃，干燥时间20min；

⑥蒸镀电子传输层

将旋涂了发光层的导电玻璃固定于真空蒸镀仪内顶部转盘上，发光层面朝下，将1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯粉末1.27g±0.001g置于真空蒸镀仪的底部靶台上；

密闭真空蒸镀仪，抽取仪内空气，使仪内压强达5×10^-4Pa，并恒定；

开启真空蒸镀仪内顶部转盘，转盘转速10r/min；

开启真空蒸镀仪底部靶台的加热器，加热温度为230℃；

1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯在加热过程中进行形态转换，沉积在发光层上部；

停止加热，冷却后即为电子传输层；

⑦蒸镀电子注入层

将蒸镀了电子传输层的导电玻璃固定于真空蒸镀仪内顶部转盘上，将氟化锂粉末1g±0.001g置于真空蒸镀仪底部靶台上；

密闭真空蒸镀仪，抽取仪内空气，使仪内压强达5×10^-4Pa，并恒定；

开启真空蒸镀仪顶部转盘，转盘转速10r/min；

开启真空蒸镀仪底部靶台的加热器，加热温度为600℃；

氟化锂在加热过程中进行形态转换，沉积在电子传输层上部；

停止加热，冷却后即为电子注入层；

⑧蒸镀阴极层

将蒸镀了电子注入层的导电玻璃固定于真空蒸镀仪内顶部转盘上，将铝1g±0.001g置于真空蒸镀仪底部靶台上；

密闭真空蒸镀仪，抽取仪内空气，使仪内压强达5×10^-4Pa，并恒定；

开启真空蒸镀仪顶部转盘，转盘转速10r/min；

开启真空蒸镀仪底部靶台的加热器，加热温度为700℃；

铝在加热过程中进行形态转换，沉积在电子注入层上部；

停止加热，冷却后即为阴极层；

⑨通过以上旋涂、蒸镀，即完成了电致发光二极管的制备；

(8)检测、分析、表征

对制备的电致发光二极管的材料、形貌、发光性能进行检测、分析、表征；

用扫描电子显微镜进行层状结构分析；

用光谱仪进行发光性能分析；

结论：用碳量子点做发光层的发光二极管为7层结构，以导电玻璃ITO

为基层、阳极层，以碳量子点为发光层，以铝为阴极层，发蓝光，电

致发光亮度为70cd/m²；

(9)产物储存

对制备的发光二极管储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防晒、防潮，储存温度20℃，相对湿度≤10％。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对发光二极管使用材料、结构特征、发光性能的弊端，先制备碳量子点，以碳量子点做发光层，导电玻璃做基层，经旋涂空穴传输层、发光层，蒸镀电子传输层、电子注入层、阴极层，制成发光二极管，制备的发光二极管为7层结构，以碳量子点做发光层的发光二极管发光性能优良，发光亮度达70cd/m²，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，从制备发光材料到发光二极管，可形成连续的工艺流程，是先进的用碳量子点做发光层的发光二极管的制备方法。

附图说明

图1、水热合成制备碳量子点溶液状态图

图2、电致发光二极管结构图

图3、旋涂发光二极管发光层状态图

图4、蒸镀发光二极管电子传输层状态图

图5、用碳量子点做发光层的发光二极管发射光谱图

图中所示，附图标记清单如下：

1、加热炉，2、第一电控箱，3、第一显示屏，4、第一指示灯，5、第一电源开关，6、第一加热温度控制器，7、反应釜，8、聚四氟乙烯容器，9、反应溶液，10、炉盖，11、釜盖，12、容器盖，13、工作台，14、旋涂仪，15、第一仪盖，16、转机，17、托盘，18、旋涂盘，19、发光二极管，20、第二电控箱，21、第二显示屏，22、第二指示灯，23、第二电源开关，24、转机控制器，25、第一真空泵控制器，26、第一真空泵，27、第一真空阀，28、第一真空管，29、第一仪腔，30、蒸镀仪，31、第二仪腔，32、第二仪盖，33、出气管阀，34、第三电控箱，35、第三显示屏，36、第三指示灯，37、第三电源开关，38、第二加热温度控制器，39、第二真空泵控制器，40、第二真空泵，41、第二真空阀，42、第二真空管，43、转盘，44、靶材，45、靶台，46、转盘控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为水热合成制备碳量子点溶液状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。

制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、毫米为计量单位。

水热合成制备碳量子点是在反应釜内进行的，是在加热状态下完成的；

将反应溶液9置于聚四氟乙烯容器8内，并将容器盖12密闭；然后置于反应釜7内，并由釜盖11密闭，然后置于加热炉1内的工作台13上，加热炉1上部为炉盖10，下部为第一电控箱2，密闭；在第一电控箱2上设有第一显示屏3、第一指示灯4、第一电源开关5、第一加热温度控制器6。

图2所示，为发光二极管结构图，发光二极管为7层结构，第一为导电玻璃，即基层，基层上部为阳极层ITO，阳极层ITO上部为空穴传输层，空穴传输层上部为发光层，发光层上部为电子传输层，电子传输层上部为电子注入层，电子注入层上部为阴极层。

图3所示，为旋涂发光二极管发光层状态图，各部位置、连接关系要正确，按序操作。

发光二极管发光层的旋涂是在旋涂仪上进行的，是在真空、旋涂盘转动下完成的；

旋涂仪为卧式，在旋涂仪14的下部为第二电控箱20、上部为第一仪盖15、内部为第一仪腔29；在第一仪腔29内中间部位设有转机16，在转机16上部连接托盘17，托盘17上部连接旋涂盘18，旋涂盘18上部中间位置置放发光二极管19，发光二极管19上部置放碳量子点甲苯溶液；在旋涂仪14的左部设有第一真空泵26，第一真空泵26上部设有第一真空阀27、第一真空管28，并连通第一仪腔29；在第二电控箱20上设有第二显示屏21、第二指示灯22、第二电源开关23、转机控制器24、第一真空泵控制器25。

图4所示，为蒸镀发光二极管电子传输层状态图，蒸镀发光二极管电子传输层是在蒸镀仪上进行的，是在抽真空、加热状态下完成的；

蒸镀仪为立式，蒸镀仪30下部为第三电控箱34、上部为第二仪盖32、内部为第二仪腔31；在蒸镀仪30右上部设有出气管阀33；在第二仪腔31的下部设有靶台45，在靶台45上部置放靶材44；在第二仪盖32的内下部为转盘43，在转盘43下部安装发光二极管19；在蒸镀仪30的右部设有第二真空泵40，在第二真空泵40上部设有第二真空阀41、第二真空管42，并连通第二仪腔31；在第三电控箱34上设有第三显示屏35、第三指示灯36、第三电源开关37、第二加热温度控制器38、第二真空泵控制器39、转盘控制器46。

图5所示，为用碳量子点做发光层的发光二极管发射光谱图，图中所示，发光二极管的发射峰为420nm处，属蓝光区域。