一种量子点玻璃荧光粉及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于量子点材料及其制备和应用领域，特别涉及一种量子点玻璃荧光粉及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]近几年，随着全球能源危机以及人们节能环保意识的逐渐增强，发光二极管LED因耗能低产热少寿命长等优点正逐步取代传统的照明材料成为新一代的照明光源。目前白光LED主要通过三种型式实现:1)采用红、绿、蓝三色LED组合发光，即多芯片白光LED ；
2)采用蓝光LED芯片和黄色荧光粉，由蓝光和黄光两色互补得到白光，或用蓝光LED芯片配合红色和绿色荧光粉，由芯片发出的蓝光、荧光粉发出的红光和绿光三色混合获得白光；
3)利用紫外LED芯片发出的近紫外光激发三基色荧光粉得到白光。后两种方式获得的白光LED都需要用到荧光粉，它与多芯片白光LED相比在控制电路、生产成本、散热等方面具有优势，在目前的LED产品市场上占主导地位。由此可见，荧光粉已经成为半导体照明技术中的关键材料之一，它的特性直接决定了荧光粉转换LED的亮度、显色指数、色温及流明效率等性能。但是荧光粉的颗粒均匀度差、发光波段单一、光衰减明显、使用寿命短等缺点限制了荧光粉LED的进一步应用。例如，目前应用最广泛的LED多为用InGaN芯片配合YAG:Ce黄色荧光粉制备得到的高色温冷白光LED，而为了获得更适合人体视觉感受的低色温暖白光LED需要在此基础上添加红色荧光粉。同时，到目前为止，白光LED的显色指数多在60-85之间，要获得显色指数Ra大于90的白光LED，则需添加红色荧光粉配合YAG:Ce使用。因此，对于高显色性低色温的暖白光LED来说，开发高效稳定的红色荧光粉是至关重要的。此夕卜，LED芯片和荧光粉之间存在一个匹配的问题，只有当LED芯片的发射峰与荧光粉的激发峰最大程度地重叠时，才能最大限度地发挥LED芯片和荧光粉的效率。但是由于荧光粉的吸收峰较窄，且吸收峰与发射峰会有部分重叠，从而荧光粉基LED发光效率较低。基于以上LED研宄进展，基于量子点作为发光基质的LED器件越来越受到研宄者们的关注。
[0003]量子点(QDs)是一种零维半导体纳米晶体，由于能级分裂、量子限域效应等，使其具有独特的光学性质。I)可以通过调节量子点的粒径大小，使其发射光颜色覆盖整个可见光区域；2)量子点的吸收与发射光谱具有较大的stokes位移，使得发射光不会存在二次吸收的情况，提高发光效率；3)量子点具有较宽的吸收峰及较窄的发射峰，可在单一激发光源下得到互不重叠的发光谱峰，提高量子点的显色性能。所以，基于量子点作为发光基质的量子点LED (Quantum Dots-Light Emitting D1de)可以创建几乎任何颜色的CIE图，同时也提供了更多的颜色选项和优于白光LED显色性，从而能够有效改善LED背光和常规照明应用的光质量。目前，利用量子点作为发光基质组装的LED尚未投入市场使用，主要原因是量子点的化学稳定性差，且在长时间照射下很容易造成发光淬灭的问题。为了提高量子点在高温时的稳定性，众多科研人员为此做出了巨大的贡献。Andrey L.Rogach等人于德国应用化学学报上曾报道，在量子点表面链接高分子基团后沉积于高分子有机材料上制备成量子点薄膜材料，再与电极、导电层等组装成LED器件。这种电致发光LED由于无法形成持续充电，自然也很难获得连续的光亮，并且其白光发射由红色、绿色和蓝色电致发光的三个发射带构成。一个好的显色性需要控制偏置电压和组件来实现，所以其结构复杂、价格高昂，并且每个芯片以不同的速率在降解。此外，研宄者们将量子点材料与玻璃材料结合制备成量子点玻璃，使其兼具量子点的优异发光性能以及玻璃的透明性、耐高温特性和高导热性。程潇羽等人(专利号:2012101252458)利用高温熔融法制备得到高浓度PbSe量子点硅酸盐玻璃，但仍存在量子点易挥发、含量与分布不可控等问题。向卫东等人(CN103011589A)利用溶胶-凝胶法结合气氛控制制备得到掺杂In2S3量子点的钠硼硅玻璃，使其具有良好的三阶非线性光学性能和热稳定性并在可见-红外区域具有高透光率，是一种有望制作高速全光逻辑器件的重要候选材料。但是结合量子点玻璃与现有的封装技术用于制备光电器件的工艺尚未能够实现，所以量子点玻璃还未能有大规模的实际应用。王连军等人(专利号:200810200173)以介孔SBA-15粉体为基质材料烧结出半导体功能玻璃，这使得低温快速烧结制备玻璃成为可能，同时也为量子点掺杂玻璃粉的制备奠定基础，有效控制量子点在玻璃中的粒径大小与分布。量子点发光玻璃焚光粉的成功研制不仅可以成为焚光粉的替代品，应用现有的封装技术直接投入工业生产，而且其优异的光学性能、覆盖整个可见光区域的发光范围更是提高了现有LED的显色性与色彩饱和度。同时，这也突破了量子点使用时稳定性较差的瓶颈，使得量子点照明LED的广泛应用真正成为现实，也为未来更加高效节能的照明奠定新的基础。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种量子点玻璃荧光粉及其制备方法和应用，本发明的量子点玻璃荧光粉不仅具有量子点优异的高效稳定发光性能，还因其石英玻璃基质材料使它的高温发光稳定性和使用寿命都得到极大地提高和延长，同时，由于其与传统荧光粉相似的物理形态，使其可直接应用于现已成熟的LED封装工艺，具有十分广泛的运用前景。
[0005]本发明的一种量子点玻璃荧光粉，其特征在于:按重量百分比，原料包括?15%量子点材料、85% -99%硅基介孔材料。
[0006]所述量子点材料采用化学方法合成，包括:离子注入法、水热法、超声辅助法、单一无机源法、离子交换法、油相法、电化学法等方法。
[0007]所述量子点材料为单一结构半导体化合物量子点或复合结构半导体量子点。
[0008]所述复合结构半导体量子点为核壳结构量子点、离子掺杂量子点。
[0009]所述单一结构半导体化合物量子点为CdS、ZnS、PbS、CdSe, ZnSe, PbSe、CdTe,CdTeSe、InP、AglnS、CuInS、CuInSe 中的一种或几种。
[0010]所述核壳结构量子点为CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、CdSe/CdS中的一种或几种；离子掺杂量子点为Mn2+掺杂ZnS、Cu 2+掺杂ZnS、Mn 2+掺杂ZnSe中的一种或几种。
[0011]所述硅基介孔材料为采用模板发合成的SBA、ZMS, MCM, CMK中的一种或几种。
[0012]本发明的一种量子点玻璃焚光粉的制备方法，包括:
[0013](I)化学方法合成量子点材料，并调控量子点的发光光谱；将量子点材料、硅基介孔材料搅拌，复合，得到复合粉体；
[0014](2)将复合粉体固化烧结，冷却至室温，即得量子点玻璃荧光粉。
[0015]所述步骤(I)中量子点材料、硅基介孔材料复合的方式包括:研钵研磨混料、球磨混料、溶液混料后旋蒸、混料抽滤后真空干燥中的一种；其中干燥后的复合粉体保存于60 0C的真空烘箱内，直至烧结。
[0016]所述步骤(I)中搅拌时间为6_18h。
[0017]所述步骤(2)中固化烧结为采用放电等离子体技术进行固化烧结；固化烧结工艺参数:烧结的温度为900?1100°C，升温速率为50?200°C /min，压力为10?lOOMPa，保温时间为I?5min。放电等离子体固化烧结的条件为真空、高压环境。
[0018]所述步骤(2)中量子点玻璃粉体进行粉碎、过筛，得到颗粒均匀的量子点玻璃荧光粉；其中粉碎方法主要为机械法，粉碎方法为球磨法或气流粉碎法。
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