一种基于金属纳米簇封装材料制备不同发光颜色led的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于LED制备技术领域，具体涉及一种基于金属纳米簇封装材料制备不同发光颜色LED的方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管，简称LED，被称为第四代光源，具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、液晶屏背光源、照明等领域。目前，市场上现时生产的商用LED的制备主要分为两个过程:(1)采用InGaN/GaN材料制备电致发光为蓝光的LED灯芯(360-460nm) ; (2)利用具有荧光性质的材料对灯芯进行封装。其工作机制可以简单理解为:当LED通电时，灯芯发出的蓝光会激发封装材料中的荧光物质，受激产生的荧光与没有被吸收掉的蓝光复合，通过选取不同荧光性质的封装材料最终生产出不同颜色LED光源。
[0003]LED光源的发展进程中，非常关键的部分就是优质的荧光封装材料的选择问题。优质的荧光封装材料对于最终LED的性能起到决定性的作用。比如，稳定性、响应时间、颜色的显色性、成本价格、使用寿命等等。目前，商业上最常用的荧光封装材料集中在稀土类的磷光体材料。然而，这种材料的颗粒感较强，在封装过程中容易造成光的散射，使得发光效率降低。同时，稀土类磷光体的成本价格较高、地球储备量少，这些缺点极大的限制了 LED的发展。所以，开发新型的荧光封装材料越来越得到大家的关注和重视。
[0004]目前，荧光金属纳米簇，作为一种新型的发光材料逐渐走入人们的视线并且正在快速发展。金属纳米簇由于极小尺寸(<2nm)导致的类分子态的发光性质。其发光具有尺寸依赖性，荧光量子产率高等优点，同时金属材料的相对低廉的价格和富足的地球储备量，为LED封装材料提供了一种新的选择。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是提供一种基于金属纳米簇封装材料制备不同发光颜色LED的方法。本发明通过开发一种快速、高产制备高性能荧光金属纳米簇封装材料的方法，对其自组装行为进行调控，实现稳定性高、颜色可控、高荧光效率的金属纳米簇组装结构，用于LED封装，实现新型LED构筑。
[0006]本发明采用的LED光源芯片是商用的GaN基LED芯片(发射峰位中心在365nm)。
[0007]具体来说，本发明的步骤如下:
[0008]1)荧光金属纳米簇的制备:室温下，将金属盐溶于有机溶剂中，配制金属前驱体溶液，浓度范围为0.01?0.08mol/L ;随后，在磁力搅拌下，将烷基硫醇还原剂加入其中，金属盐与烷基硫醇的用量摩尔比为1?8:5，温和条件下(常温、常压)搅拌3?30min，得到烷基硫醇稳定的荧光金属纳米簇溶液；
[0009]2)荧光金属纳米簇封装材料的制备:将烷基硫醇稳定的荧光金属纳米簇溶液在20?100°C下处理0.5?2h，得到依赖组装结构(包括球状、不同厚度的片状组装结构、带状组装结构)的不同荧光性质(绿色、黄色、橙色或红色发光)的荧光金属纳米簇封装材料；对于荧光金属纳米簇组装结构的调控，涉及到的纳米尺度驱动力主要是纳米簇表面配体间的疏水相互作用。由于不同结构的组装结构具有不同的紧致度和内部金属间不同的距离，这些因素直接影响荧光纳米簇的稳定性、发光颜色、荧光量子产率，所以最终可以按照目标荧光性质通过金属纳米簇的组装控制实现封装材料性能的可控；
[0010]3)基于荧光金属纳米簇封装材料的LED的制备:将荧光金属纳米簇封装材料风干粉末化处理，然后与聚二甲基硅氧烷预聚物共混均匀，聚二甲基硅氧烷预聚物与封装材料的质量比为15:5?8，然后涂覆在GaN基LED芯片上，在60?80°C下处理2?5h实现聚合反应，最后得到封装好的LED。这里，可以通过选取不同发光颜色的单一金属纳米簇材料实现LED的制备，同样可以通过不同颜色的不同种类的金属纳米簇材料通过不同配比的混合，实现目标颜色LED的制备。
[0011]优选地，金属盐是贵金属元素或过渡金属元素的有机盐或无机盐。
[0012]优选地，金属是Pt、Ag、Au或Cu中的一种；具体的可以是CuCl2、CuBr、CuBr2、CuS04、或Cu (C5H702) 2 (乙酰丙酮铜)中的一种。
[0013]优选地，有机溶剂是二苄醚、二苯醚、1-十八烯或液体石蜡。
[0014]优选地，还原剂是不同C链长度的烷基硫醇(HSCnH2n+1)，其中，η为4?16的整数。
[0015]优选地，还原剂是HSC16H33(十六烷基硫醇)、HSC12H25 (十二烷基硫醇)或HSCsH17 (辛硫醇)。
[0016]优选地，可以通过选取不同荧光性质的单一金属纳米簇材料实现不同发光颜色的LED的制备，同样可以通过不同荧光性质的不同种类的金属纳米簇材料通过不同配比的混合，实现目标颜色的LED的制备(LED芯片的发射光作为激发光源，激发不同荧光性质的封装材料，实现不同颜色LED的制备)。
[0017]本发明与现有技术相比优点如下:
[0018]本发明的原料全部来自商品化的化学试剂，不需要进一步处理，直接按照一定的化学计量比混合搅拌即可得到荧光金属纳米簇。由于不同结构的组装结构具有不同的紧致度和内部金属间不同的距离，这些因素又直接影响荧光纳米簇的稳定性、发光颜色、荧光量子产率，所以随后的组装调控过程，只需要按照最终需要的发光颜色等目标性能，改变金属源种类、反应物之间的投料比、反应时间和温度等实验参数即可。所以，整个组装调控过程操作简便，危险性小，适合大批量制备。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1制备的荧光颜色为橙红色的球状组装结构Cu纳米簇封装材料的TEM图片(a)和作为封装材料制备的发光为橙红色的LED光谱图(b)，发光峰位处的波长650nmo
[0020]图2为实施例2制备的荧光颜色为浅黄色的薄片状组装结构Cu纳米簇封装材料的TEM图片(a)和作为封装材料制备的发光为浅黄色的LED光谱图(b)，发光峰位处的波长558nm0
[0021]图3为实施例3制备的荧光颜色为绿色的厚片状组装结构Cu纳米簇封装材料的TEM图片(a)和作为封装材料制备的发光为绿色的LED光谱图(b)，发光峰位处的波长524nm0
[0022]图4为实施例4制备的荧光颜色为绿色的线状组装结构Cu纳米簇封装材料的TEM图片(a)和作为封装材料制备的发光为绿色的LED光谱图片(b)，发光峰位处的波长522nm0
[0023]图5为实施例5制备的荧光颜色为红色的片状组装结构Au纳米簇封装材料的TEM图片(a)和作为封装材料制备的发光为红色的LED光谱图(b)，发光峰位处的波长664nm。
[0024]图6为实施例6制备的荧光颜色为红色的片状组装结构Au纳米簇封装材料的TEM图片(a)和作为封装材料制备的发光为红色的LED光谱图(b)，发光峰位处的波长658nm。
[0025]图7为实施例7制备的荧光颜色为橙红色的球状组装结构Cu纳米簇封装材料、荧光颜色为浅黄色的薄片状组装结构Cu纳米簇封装材料和荧光颜色为绿色的厚片状组装结构Cu纳米簇封装材料，分别取质量3mg、lmg和3mg共混后作为封装材料制备的发光为白色的LED光源的光谱图，发射光谱很好的显示在450-750nm可见区均有很好的发射。
[0026]图8为实施例8制备的荧光颜色为浅黄色的薄片状组装结构Cu纳米簇封装材料和荧光颜色为绿色的厚片状组装结构Cu纳米簇封装材料，以及在二苯醚溶液中，还原剂为十二烧基硫醇，制备出的红色片状组装结构Au纳米簇封装材料，分别取质量3mg、lmg和3mg共混兵作为封装材料制备的发光为白色的LED光源的光谱图，发射光谱很好的显示在450-750nm可见区均有很好的发射。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，而不是要以此对本发明进行限制。实施例1:
[0028]在20mL的烧杯中加入5mL 1-十八烯，并且溶有0.2mmol的CuCl2.2H20(金属前驱体溶液浓度为0.0lmol/L)，在室温磁力搅拌下，逐滴地加入lmmol的十二烷基硫醇保持搅拌3min，即可得到十二烷基硫醇稳定的Cu纳米簇。维持室温下搅拌0.5h，可以得到直径大约200nm的Cu纳米簇的球形组装结构封装材料，这种Cu纳米簇的球形组装结构封装材料具有橙红色荧光。最后经过离心、干燥、粉末化处理(产物大约30mg，粉末目数为400)，取5mg的Cu片组装结构封装材料，与15mg的聚二甲基硅氧烷的预聚物共混(质量比是1:3)，然后涂覆在GaN基的LED芯片上，于60°C下2h聚合，即得到封装好的发光为橙红光的LED光源。
[0029]实施例2:
[0030]在20mL的烧杯中加入5mL 1-十八烯，并且溶有1.6mmol的CuCl2.2H20(金属前驱体溶液浓度为0.08mol/L)，在室温磁力搅拌下，逐滴地加入lmmol的十二烷基硫醇保持搅拌3min，即可得到十二烧基硫醇稳定的Cu纳米簇。维持室温下搅拌lh，可以得到Cu纳米簇的薄片(长50?400nm，宽50?400nm，厚度<5nm)组装结构封装材料，这种Cu纳米簇的薄片组装结构封装材料具有浅黄色荧光。最后经过离心、干燥、粉末化处理(产物大约lOOmg)，取5mg的Cu纳米簇的薄片组装结构封装材料，与15mg的聚二甲基娃氧烧的预聚物共混(质量比是1:3)，然后涂覆在GaN基的LED芯片上，于80°C下5h聚合，即得到封装好的发光为浅黄色光的LED光源。
[0031]实施例3:
[0032]在20mL的烧杯中加入5mL 1-十八烯，并且溶有0.2mmol的CuCl2.2H20，在室温磁力搅拌下，逐滴地