一种量子点墨水及其应用

本技术涉及一种量子点墨水及其应用，属于量子点材料领域。

背景技术：

1、量子点色转换彩膜(quantum dot color converter，简称qdcc)利用高能量蓝光led将搭载在表面的量子点转换为红色光和绿色光，进而实现rgb显示。其具有高色域覆盖率、精确色彩控制、高色彩纯净度等特性，是实现micro led全彩化的重要技术路线之一。

2、钙钛矿量子点作为一种新型的半导体发光材料，具有和传统量子点相当的光学性能，而且钙钛矿量子点材料的制备工艺非常简单，能够在室温或低温即可制备得到钙钛矿量子点。钙钛矿量子点最大的特点在于可将显示色域提升至110％ntsc以上。且钙钛矿量子点对450nm处蓝光具有高摩尔消光系数，能消除蓝光对人眼的伤害。因此，将紫外光固化封装胶保护钙钛矿量子点制备的量子点墨水在qdcc上具有很好的应用前景。

3、随着qdcc在microled上应用(如vr，ar，xr)的拓展，其对蓝光吸收率要求≥99％，因此qdcc墨水中需要添加≥30％红/绿量子点和5％～20％扩散粒子，这些组分颜料对紫外光发生吸收、反射和散射，影响光固化胶水中引发剂的效率，降低光固化速率甚至造成墨水固化不完全，进而造成后期使用出现不稳定现象。

技术实现思路

1、根据本技术的第一个方面，提供了一种量子点墨水，所述量子点墨水包括钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒、辐射固化单体、上转换纳米粒子、光引发剂和光散射粒子。

2、可选地，所述上转换纳米粒子选自nayf4:yb/tm、nayf4:yb/er、nayf4包覆nayf4:yb/tm、nayf4包覆nayf4:yb/er、nagdf4:yb包覆nayf4:yb/tm、caf2包覆nayf4:yb/tm、fe3o4包覆nayf4:yb/tm、sio2包覆nayf4:yb/tm、al2o3包覆nayf4:yb/tm、氨基修饰的sio2包覆nayf4:yb/tm、聚丙烯酸包覆的nayf4:yb/tm、聚乙二醇包覆的nayf4:yb/tm中的至少一种；

3、优选地，所述上转换纳米粒子为nayf4:18％yb/0.5％tm、nayf4包覆nayf4:18％yb/0.5％tm、sio2包覆nayf4:18％yb/0.5％tm。

4、可选地，所述量子点墨水还含有助剂。

5、可选地，所述量子点墨水中各组分按以下重量份数配比制备而成：钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒20-40份、辐射固化单体50-60份、上转换纳米粒子2-8份、光引发剂2-5份、光散射粒子5-30份、助剂0-5份。

6、可选地，所述辐射固化单体选自单官能团辐射固化单体、双官能团辐射固化单体、多官能团辐射固化单体中的至少一种。

7、可选地，所述单官能团辐射固化单体选自双环戊二烯(甲基)丙烯酸酯、四氢呋喃(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸丁酯、2-苯氧基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、2(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、β-羧基乙基丙烯酸酯、(甲基)月桂酸丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸苄基酯、异冰片基(甲基)丙烯酸酯、烷氧化壬基苯酚丙烯酸酯、烷氧化苯酚丙烯酸酯中的至少一种。

8、可选地，所述双官能团辐射固化单体选自1,6-己二醇二丙烯酸酯、双酚a乙氧化(甲基)丙烯酸酯、环己烷二甲醇二丙烯酸酯、烷氧化己二醇二丙烯酸酯、烷氧化新戊二醇二丙烯酸酯、二缩三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、1,12-十二烷基二甲基丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、乙氧化(4)双酚a二丙烯酸酯、乙氧化(30)双酚a二丙烯酸酯中的至少一种。

9、可选地，所述多官能辐射固化单体选自三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙氧化(5-20)三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、丙氧化(4)甘油三丙烯酸酯、乙氧化(3)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯中的至少一种。

10、可选地，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯、二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮(2、4异构体混合物)、4-(n,n-二甲氨基)苯甲酸乙酯、4-(n,n-二甲氨基)苯甲酸异辛酯、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)(2,4,4-三甲基戊基)氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、苯甲酰甲酸酯中的至少一种。

11、可选地，所述光散射粒子选自无机型光扩散剂和/或有机型光扩散剂。

12、可选地，所述无机型光扩散剂选自硫酸钡、纳米氧化锌、纳米二氧化硅，纳米二氧化钛中的至少一种。

13、可选地，所述有机型光扩散剂选自聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微球、有机硅微球、聚四氟乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡微球、聚酰胺蜡微球、酰胺改性聚乙烯蜡中的至少一种。

14、可选地，所述助剂选自流平剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、抗氧剂、阻聚剂、多聚硫醇中的至少一种。

15、可选地，所述多聚硫醇选自季戊四醇四(3-巯基丁酸酯)、三-2-(3-巯基-3-苯基丙酸酯)乙基异氰脲酸酯、四(3-巯基丁酸)季戊四醇酯、双酚a二羟基乙醚-3-巯基丁酸酯、季戊四醇四(3-巯基戊酸酯)中的至少一种。

16、可选地，所述钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒中，所述钙钛矿量子点具有结构式amx3、a3m2x9、a2mx6、q2am-1mmx3m+1中的至少一种；

17、其中，a为nh2chnh2+、ch3nh3+、cs+、rb+中的至少一种；

18、m为pb2+、cd2+、mn2+、zn2+、sn2+、ge2+、bi3+中的至少一种；

19、x为卤素阴离子中的至少一种；

20、q为芳香基或者碳原子数不小于3的烷基有机胺阳离子；

21、m为1到100之间的任意数值。

22、可选地，所述钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒包括绿色钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒和红色钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒。

23、可选地，所述钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒中，所述聚合物选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯和三氟乙烯共聚物、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、醋酸纤维素、氰基纤维素、聚砜、芳香聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

24、可选地，所述钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒中，钙钛矿量子点与聚合物的质量比为1:(1-500)。

25、可选地，所述钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒中，钙钛矿量子点与聚合物的质量比选自1:1、1:2、1:5、1:10、1:20、1:50、1:80、1:100、1:200、1:300、1:400、1:500中的任意值或任意两点间的任意值。

26、可选地，所述钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒的粒径大小为0.1～20um。

27、根据本技术的第二个方面，提供了一种量子点色转换彩膜(qdcc)材料，所述量子点色转换彩膜(qdcc)材料包括上述所述的量子点墨水。

28、根据本技术的第三个方面，提供了一种上述所述的量子点色转换彩膜(qdcc)材料的制备方法，包括以下步骤：

29、(1)将含有绿色钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒、辐射固化单体、上转换纳米粒子、光引发剂、光散射粒子、助剂的原料混合，得到绿色量子点墨水；

30、(2)将含有红色钙钛矿量子点/聚合物复合颗粒、辐射固化单体、上转换纳米粒子、光引发剂、光散射粒子、助剂的原料混合，得到红色量子点墨水；

31、(3)将含有辐射固化单体、上转换纳米粒子、光引发剂、光散射粒子、助剂原料混合，得到透明量子点墨水；

32、(4)依次将绿色量子点墨水、红色量子点墨水、透明量子点墨水经喷墨打印机打印至microled蓝光芯片上，固化，得到所述量子点色转换彩膜材料。

33、可选地，所述喷墨打印机打印的条件为：打印厚度为5～50微米，打印电压为200～1000v。

34、可选地，所述打印厚度选自5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米中的任意值或上述任意两点间的任意值。

35、可选地，所述打印电压选自200v、400v、600v、800v、1000v中的任意值或上述任意两点间的任意值。

36、可选地，所述固化的条件为：固化的辐射功率为20～100w·cm-2，固化的波长800～980nm，固化的曝光时间10～200s。

37、可选地，所述固化的辐射功率选自20w·cm-2、30w·cm-2、40w·cm-2、50w·cm-2、60w·cm-2、70w·cm-2、80w·cm-2、90w·cm-2、100w·cm-2中的任意值或上述任意两点间的任意值。

38、可选地，所述固化的波长选自800nm、850nm、900nm、950nm、980nm中的任意值或上述任意两点间的任意值。

39、可选地，所述固化的曝光时间选自10s、30s、60s、90s、120s、150s、180s、210s、240s、270s、300s中的任意值或上述任意两点间的任意值。

40、根据本技术的第四个方面，还提供了所述的量子点墨水、所述的量子点色转换彩膜(qdcc)材料或所述的量子点色转换彩膜材料的制备方法制备的量子点色转换彩膜材料在显示、太阳能电池、传感器和生物标记领域中的应用。

41、上转换纳米粒子(ucnps)能够将长波长的近红外光转换成短波长的紫外-可见光。将其分散在光聚合体系中，可以作为内部光源，激发光引发剂分解产生自由基，让光更均匀，没有垂直梯度上光强降低的情况。红外光由于高的穿透深度，可以透过有色体系及厚度大的介质，进而实现近红外波段下的聚合。同时可以避免高功率下紫外光对钙钛矿量子点光解现象，现有的专利没有将ucnps应用到钙钛矿量子点胶水固化。

42、本技术能产生的有益效果包括：

43、本发明通过将上转换纳米粒子(ucnps)引入到光固化胶水体系中，可以利用ucnps实现对紫外(uv)固化胶水的近红外波段下的聚合，避免使用紫外光对钙钛矿量子点的破坏，造成亮度和pce低的问题；同时均匀分散在墨水中的上转换粒子在近红外光激发下作为内部光源解决紫外光对高浓度量子点墨水固化不良问题。