Niet-toxische fotoluminescente nanomaterialen leveren hoog-kwaliteit witte LEDs

Samenvatting

Hoog-helderheid witte-licht-emitterende diodes (w-LEDs) met uitstekende kleurkwaliteit worden gedemonstreerd door gebruik te maken van niet-toxische nanomaterialen. Eerder rapporteerden wij hoge-kwaliteit w-LEDs met zware-metal-fosforen en kwantum-dots (QDs), die milieugevaren kunnen veroorzaken. In het huidige werk worden vloeistof-type witte LEDs samengesteld uit niet-toxische materialen, genaamd grafene en poreuze silicium-kwantum-dots, gefabriceerd met een hoge kleurweergave-index (CRI) waardewinst tot 95. De vloeistof-type apparatenstructuur bezit een geminimaliseerde oppervlaktetemperatuur en 25% hogere waarde van lumineuze efficiëntie vergeleken met doserings-type structuur. Verder is het bereide apparaat milieu-vriendelijk en toegeschreven aan lage toxiciteit. De lage toxiciteit en hoge R9 (87) componentwaarden werden verondersteld om nieuwe methoden te produceren of huidige methoden te verbeteren naar bio-imaging toepassing.

Achtergrond

Licht-emitterende diodes (LEDs) hebben aanzienlijke aandacht gekregen vanwege hun lange levensduur, hoge efficiëntie, en energiebesparende eigenschappen die het een beste kandidaat maken voor vastestof-verlichting. GaN-gebaseerde chip witte LEDs (WLEDs) hebben grote verbeteringen in efficiëntie getoond door fabricatievoortgang. GaN-nitride-base kwantum-dot (QD)-technologie is hoogst geschikt voor diverse toepassingen zoals displays, licht-emitterende diode (LED) verlichting, en biomedische labeling. In het bijzonder hebben talloze studies het uitstekende gebruik van QDs in witte LEDs-fabricatie gedemonstreerd. De karakteristieke kenmerken van QDs, zoals hun smalle emissielijnbreedte, hoge kwantum-opbrengst, en grootte-afhankelijke instelbare bandgat, maakten hen uitstekende kandidaten voor LEDs-technologie. De meest voorkomende II–VI halfgeleider QDs, zoals cadmium- en selenium-verbinding-kernen (bijv. CdZnS, CdSe, CdZnSe, en ZnSe) met enkele of meervoudige schillen gebaseerde LEDs, hebben hoge lumineuze efficiëntie. Echter, de hoge synthesekosten en zware-metal-toxiciteit van deze QD-materialen hinderen hun grootschalige productie en roepen zorgen op over milieuverontreiniging. Alternatieve materialen gebaseerd op silicium (Si) en koolstof, zoals grafene, zijn voorkeurs niet-toxische en milieu-vriendelijke materialen voor mensen. Verder vertonen Si-geïncorporeerde QDs significante lichtemissie met hoge fotoluminescentie (PL) efficiënties onder sterke insluiting.

Grafene-oxide kwantum-dots (GQDs) bezitten het sp² domein als een transport-mobiliteit-tussenpersoon evenals gedisordene sp³ gehybrideerde koolstof- en zuurstofatomen. Daarom kunnen de emissiegolflengtes gemoduleerd worden van blauw naar groen vanwege de aanwezigheid van deze gedisordene zuurstof-bevattende randtoestanden. De instelbare fluorescente emissies van QDs kunnen worden benut voor toepassingen in apparaten zoals LEDs, fotodioden, fotodetectoren, bio-imagers, en fotovoltaïsche cellen. Naast de zuurstof-functionalificatie van GQDs, kan stikstof-doping stabiele emissie opleveren door de vorming van covalente bindingen met sp² koolstof in de aromatische keten. Stikstof-gedopte GQDs die zowel p- als n-type geleidbaarheid vertonen, bevestigd door electrochemische Mott-Schottky-analyse, zijn ontwikkeld. De belangrijkste benaderingen om GQDs te synthetiseren kunnen worden geclassificeerd als top-down of bottom-up technieken. In vergelijking met de bottom-up benadering, is de top-down benadering voor GQDs-productie meer geschikt voor massa-productie omdat het geen tedieuze zuiveringstappen vereist voor de verwijdering van ongereageerde precursor-moleculen. Echter, de top-down benadering produceert een lagere kwantum-opbrengst (minder dan 50%) van GQDs dan de bottom-up benadering. Als resultaat zijn verschillende optimalisaties vereist in top-down fabricatieprocessen van GQDs zoals groottecontrole, chemische doping, of oppervlaktemodificatie. De huidige studie demonstreert een stikstof-gedopte GQDs-methode om de defecten te herstellen die optreden tijdens een top-down proces. Sommige elektronen-donerende stikstof-functionaliteiten kunnen worden geïncorgeerd in de GQDs en hydrothermale behandelingen met NH₃ om de vorming van koolstof-bevattende groepen te vermijden die de analyse van de stikstof-functionaliteiten kunnen compliceren.

In deze studie zijn fotoluminescentie (PL) studies van niet-toxische QD-gebaseerde LEDs gedemonstreerd door gebruik te maken van GQDs en poreuze Si (P-Si) QDs. De PL-gebaseerde QD-LEDs bieden een laag-kost en eenvoudige fabricatiebenadering ten opzichte van electro-luminescente (EL) QD-LEDs. Stikstof-gedopte GQDs werden gebruikt om niet-toxische, neutrale witte LEDs te fabriceren. Echter, de meeste GQDs emitteerden korte-golfengte licht (blauw en groen) onder ultraviolet (UV) opwekking. Dit is te wijten aan het kwantum-insluitingseffect (< 10 nm) dat normaal is op het grafene-vlak en het verschuiven van emissies naar langere golflengtes door het afstellen van de groottes van grafene-kristallen was moeilijk. Daarom werden Si QDs ingesloten op de oppervlakken van P-Si-nanodeeltjes, de defecten van welke resulteerden in fluorescentie. De P-Si-nanokristallen kunnen lange-golfengte-emissies vertonen om te compenseren voor de afwezigheid van lange-golfengte-banden in de GQD-emissiespectra, en dus warm wit licht opleveren. Volgens literatuuroverzicht, heeft L.T. Canham's groep aanzienlijk bijgedragen aan onderzoeken van mesoporeuze Si-lagen met hoge porositeit voor zichtbare (rode) fotoluminescentie bij kamertemperatuur. De fabricatie van P-Si QDs kan worden gecategoriseerd in twee benaderingen, bottom-up en top-down, vergelijkbaar met GQD-fabricatieprocessen. Deze studie selecteert een top-down benadering om de P-Si QDs te fabriceren omdat het geschikt is voor massa-productie. Ten slotte werden deze twee typen apparatenstructuren neutrale witte en warme witte LEDs gefabriceerd door gebruik te maken van doserings- en vloeistof-type verpakkingsprocessen die uitstekende kleurweergave-index (CRI) en lumineuze efficiëntie-waarden vertoonden.

Methoden en Materialen

Synthese van Stikstof-Gedopte GQDs

Eerst werden grafene-oxide (GO) vellen bereid door gebruik te maken van natuurlijk grafietpoeder (SP-1, Bay Carbon, VS) door de Hummers-methode die als volgt kan worden uitgelegd: 5 g grafietpoeder, NaNO₃, en KMnO₄ werden gemengd in een 2:1:3 verhouding in 150 mL 18 M H₂SO₄ en de temperatuur van het mengsel werd onder 20 °C gehouden. Het grafiet geoxideerd door continue roeren van het mengsel bij 35 °C gedurende 4 uur, waarna 230 mL water langzaam werd toegevoegd met roeren bij 98 °C gedurende 15 min. Vervolgens werd 12 mL H₂O₂ toegevoegd aan het mengsel met continue roeren bij kamertemperatuur, en het product werd meerdere keren gewassen om GO-vellen te verkrijgen. De verkregen GO-vellen werden gedopt met stikstof door ze te oxideren in 30 mL NH₃ (60% concentratie) bij 500 °C gedurende 12 uur. Vervolgens werd het resulterende mengsel ultrasoon geagiteerd gedurende 10 uur, en bij 140 °C gehouden om residueel HNO₃ te verwijderen. Het eindproduct werd gedispergeerd in gedeioniseerd water en gecentrifugeerd om het neerslag te verwijderen. Als resultaat verkregen wij de stikstof-grafene-oxide-dots (NGOD) suspensies. Deze suspensies werden gezeefd met behulp van centrifugatiebuizen (VS20S01 en VS15RH91, Satorius, Duitsland) om GQDs te verkrijgen. De centrifugatiebuizen waren uitgerust met polyethersulfon-filters met afsnij-molecuulgewichten van 30, 10, en 3 kDa om GQD3, GQD2, en GQD1 respectievelijk te produceren. De GQD-suspensie werd door membranen in een volgorde van afnemende poriegrootte geleid en verzameld op seriële stadia om GQDs van variërende groottes te verkrijgen.

Fabricatie van P-Si QD-Nanodeeltjes

Colloïdale P-Si QD-nanodeeltjes gedispergeerd in ethylacetaat werden gesynthetiseerd zoals beschreven in ons recent gepubliceerde studie. Eerst werd een 6-inch p-type Si-wafer electrochemisch geëtst om een P-Si-laag te produceren, waarop clusters van nanosized (< 5 nm) P-Si QDs gehecht waren aan micro-grote (1–10 μm) Si-kernen. De Si-wafer werd behandeld met vereerd fluorwaterstofzuur (HF) en direct gedoopt in gedesoxideerd 10-Undecen-1-ol (UDA) om een fotochemische hydrosylatie-reactie te voltooien waarin de terminale onverzadigde dubbele binding van UDA reageerde met Si-hydride (Si-H), wat resulteerde in Si-C-gebonden carboxylaat-passivatie op P-Si QDs. Vervolgens werd de P-Si-laag mechanisch gepulveriseerd, en het resulterende Si-poeder werd gedispergeerd in isopropanol voor hoge-energie balmolen. Het colloïd dat hersteld werd van het malen, werd selectief geëtst met een waterige etsmiddel samengesteld uit HNO₃ en HF om de niet-stralende bulk Si-kernen met de Si-oxide-kapsel weg te etsen terwijl voornamelijk de PL P-Si QDs met de Si-C-gebonden carboxylaat-passivatie behouden bleven. Deze stap leverde ongeveer 25 mg per wafer rode-emitterende hydroxyl-getermineerde P-Si QD-nanodeeltjes op (de echte Si QD is rond 10 nm, ongeveer 40 nm tot 500 nm in diameter) met hoge monodispersiteit en hoge PL-kwantum-efficiëntie (45–55%). Ten slotte werden de hydroxylgroepen van de P-Si QD-nanodeeltjes geactiveerd met p-toluensulfonylchloride en vervolgens substitutie-gereageerd met 2,2'-(ethyleendioxy)diethaanthiol om thiol-getermineerde P-Si QD-nanodeeltjes te produceren. De resulterende P-Si QD-nanodeeltjes vormden een uniforme en stabiele suspensie in ethylacetaat, die gebruikt werd voor optische karakterisering.

Apparaat Fabricatie

Twee typen gaststructuren, nl. de doseringsstructuur en de vloeistof-type structuur, werden gebruikt om GQD en GQD/P-Si QD witte LEDs te fabriceren. De gefabriceerde structuren werden opgepompt door 45-mm UV (365 nm). Allereerst werden stikstof-gedopte GQDs (gew% in water) met verschillende emissies—blauw, blauwgroen, en geelgroen—voorbereid en aangeduid als GQD1, GQD2, en GQD3, respectievelijk. Vervolgens werden GQD1, GQD2, en GQD3 gemengd in verschillende verhoudingen (bijv. 4:1:2) om de optimale samenstelling te bepalen voor het verkrijgen van neutrale witte emissies; de LED voorbereid met de GQD-oplossing en de doserings-5070 verpakking werd gebruikt als referentie. P-Si QDs werden voorbereid en gemengd met GQD1, GQD2, en GQD3 (GQD1:GQD2:GQD3: P-Si QD = 4:1:2:10) om witte LEDs te fabriceren als bronnen van warm wit licht. Onze eerdere studie bevestigde dat de vloeistof-type structuur gunstiger is dan de conventionele structuur. In deze studie ontwierpen wij een nieuwe vloeistof-type structuur om GQD en GQD/P-Si QD witte LEDs te fabriceren. De GQD vloeistof-type neutrale witte LEDs werden als volgt gefabriceerd: Allereerst gebruiken wij een 2,5-mm-hoge glasring met buiten- en binnendiameters van 8 mm en 6 mm, respectievelijk. Daarna boorden wij een klein gat in het bovenoppervlak van de glasring. Ten slotte werd een glasdoos gemonteerd door twee dunne glasplaten met de glasring in het midden te stapelen (Fig. 1a). De ruimte binnenin de glasdoos werd leeggelaten om luchtstroom te bevorderen. Ten slotte werd GQD/P-Si QD-oplossing in de glasdoos geïnjecteerd om de vloeistof-type verpakking te produceren. De QDs werden door het glasgat geïnjecteerd en het weer geseald met een glasplaat. De vloeistof-type QD-verpakking werd bovenop een 5070 UV LED-verpakking (5 mm × 7 mm) geplaatst, en de emissiegolfengte was 365 nm. De LIV-curve spectrum gaf aan dat de aan-spanning ongeveer 3 V was wat getoond werd in Fig. 4c. Voor de fabricatie van de doseringsverpakking, werd het conventionele doserende QD-LEDs-proces toegepast. In het geval van doserende QD-verpakking-benadering, mengden wij eerst PMMA en QDs om de verzilide structuur in de LED-verpakking te produceren. Hiervoor vulden wij de siliconen lijm voor de helft in de verpakking om de QD-mengsel van de warmtebron (blauwe chip) weg te houden en QD-degradatie te voorkomen. Daarna werd de volumeverhouding van ons doserend monster genomen als 2:1 van QD-mengsel/PMMA, en vervolgens de slib gedoseerd om de resterende ruimte in de verpakking te vullen. Daarna werd de eindstructuur bij 60 °C gedurende 2–3 min gehouden om te verziliden, op deze manier is de PMMA/QD-mengsel-film in de LED-verpakking gedeponeerd.

Resultaten en Discussie

Figuur 1a illustreert het netwerk van P-Si QDs (linker paneel) en stikstof-gedopte GQDs (rechter paneel) en de vloeistof-type QD LED-verpakking. P-Si QDs met bio-probes kunnen gefabriceerd worden met nieuwe top-down methoden, voorbeelden hiervan zijn elektrochemische etsing op een kristallijne Si-wafer. Figuur 1b–e vertegenwoordigt de absorptie, PL-opwekking, en emissiespectra van GQD1, GQD2, GQD3, en P-Si QDs. De zwarte en rode streepjes lijnen duiden de absorptie- en opwekkingsspectra van de QDs, respectievelijk. De PL-spectra van de onderzochte QDs bedekten een wijd deel van het zichtbare gebied. De volle breedte op halve maximum (FWHM) waarden van GQD1, GQD2, GQD3, en P-Si QDs waren ongeveer 370, 325, 330, en 250 nm golflengtes, respectievelijk. Sterke emissiebanden werden waargenomen bij 465 en 488 nm voor GQD1 en bij 535 nm voor GQD2 na een opwekking van 327 nm. Een emissiegolfengte-piek werd waargenomen bij 557 nm toegeschreven aan GQD3 voor twee sterke opwekkingspieken (311 en 465 nm), en een sterke emissiepiek bij 606 nm van P-Si QDs werd gewekt door opwekkingspiek bij 374 nm. Het kan worden afgebeeld uit de PL-resultaten dat een korte-golf pomp de voorkeurs opwekkingsbron was omdat de absorptie en opwekking van alle luminaren het sterkst was in de UV-regio. Dus, een 365-nm UV LED werd gekozen als een geschikte bron om hoge omzettingsefficiëntie in de onderzochte QDs te realiseren. De kwantum-opbrengsten van GQD1, GQD2, GQD3, en P-Si QDs bij 365-nm opwekking waren ongeveer 1,4%, 1%, 9,1%, en 50%, respectievelijk. Het resultaat toont aan dat de meeste GQD-nanodeeltjes monolayer of bilayer waren, en de P-Si QDs waren 40–500 nm in grootte ongeveer, wat een meerlaagse composietstructuur aangeeft. Figuur 2a, b vertegenwoordigt de transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en hoge-resolutie TEM-afbeeldingen die de morfologie en kristalstructuur van de GQD-mengsel verduidelijken. De grootte van de grafene QDs werd gevonden als 5 nm, wat overeenkomt met de afstand van (1\overline{1}00) vlak en een roosterafstand van 0,22 nm. Figuur 2c is een scanning elektronenmicroscopie (SEM) afbeelding die de boven-vooruitzicht van Si-deeltjes toont. De deeltjesgrootte was ongeveer in het bereik van 40–500 nm in grootte. Verder werden een paar P-Si QDs gevonden van ongeveer 10 nm in grootte op de oppervlakken van Si-deeltjes.

De LEDs die hoge-kwaliteit wit licht emitterden in deze studie bestonden uit verschillende nanomaterialen met verschillende emissiepieken om een wijd bereik aan kleuren te bedekken. Om de monochromaticiteit van deze emitterende materialen te onderzoeken, werden de vloeistof-type GQD1, GQD2, GQD3, en P-Si QD LED-verpakkingen opgepompt met een 365-nm UV-chip, en hun emissiespectra werden vastgelegd in Fig. 3. De spectra van GQD1 vertoonden een emissiepiek bij 440 nm en bedekten een groot deel van de blauwe golflengte-regio om blauwe stralen op te leveren zoals getoond in Fig. 3a. De blauwe golflengte-regio in het spectrum van GQD2 was iets kleiner dan die van GQD1. Gevolgelijk emitteerde vloeistof-type GQD2 blauwgroen licht met een emissiepiek bij 538 nm (Fig. 3b). De emissiespectra van vloeistof-type GQD3 had een sterke gele piek (550 nm), wat GQD3 deed geelgroen licht emitteren getoond in Fig. 3c. Na UV-oppomping, toont Fig. 3d aan dat de vloeistof-type P-Si QD-verpakking oranje stralen emitteerde met een sterke piek gelegen bij 636 nm. De monochromaticiteit van QD-LEDs demonstreerde verschillende golflengtes met opvallende veranderingen voor de PL-analyse (vergelijk met Fig. 1b–d). De hoofdoorzaak van de verschillende emissiegolflengtes was de verschillende pompbron. Een 365-nm UV LED werd gebruikt als opwekkingsverlichtingsbron; dit betrof een opwekkingsgolfengte van 327 nm voor GQD1 en GQD2, een golfengte van 311 nm voor GQD3, en een golfengte van 374 nm voor P-Si QDs. Na het vormen van composietmengsels, vertoonden alle grafene en P-Si QDs brede spectrale banden die hoge-kwaliteit wit licht met hoge CRI-waarden genereerden.

Figuur 4a, b toont de spectra van doserende en vloeistof-type witte PL QD-LEDs bij 60 mA. De GQD vloeistof-type LED leverde neutraal wit licht bij een gecorreleerde kleurtemperatuur (CCT) van 5600 K met een lumineuze efficiëntie van ongeveer 20,3 lm/W; de emissiespectra bestaan uit een piek gecentreerd bij 548 nm ongeveer. De GQD/P-Si QD vloeistof-type LED-apparaat leverde warm wit licht met een CCT van 3900 K en een lumineuze efficiëntie van ongeveer 19,1 lm/W met een emissiepiek gelegen bij 625 nm in Fig. 4a. De doserende monsters gefabriceerd met de GQD-oplossing en de GQD/P-Si QD-mengsels vertoonden CCT-waarden van 6300 en 4300 K en emissiepieken werden verkregen bij ongeveer 642 nm en 611 nm golflengtes, respectievelijk. De verkregen lumineuze efficiëntie-waarden bleken 16,2 lm/W en 14,5 lm/W te zijn voor GQD neutrale witte LEDs en GQD/P-Si QD voor warme witte LEDs, respectievelijk. In vergelijking met het vloeistof-type monster, zijn de PL-emissiepieken van de doserende monsters rood-verschuigd vanwege QD-zelf-aggregatie, wat veroorzaakt wordt door de afwezigheid van een dragersoplossing. Verder aggregeren de kleine deeltjes tot grotere deeltjes, wat energie-overdracht diversifieert. Aan de andere kant, het gebruik van een mengsel van QDs kan ongewilde energie-overdracht tussen verschillende kleur QDs veroorzaken. De uitstekende CRI van een witte LED kan gemoduleerd worden door energie-overdrachtsfenomeen, maar veroorzaakte de lumineuze reductie. Als we verwachten om de ongewilde energie-overdracht te voorkomen, kan de zij-aan-zij structuur vloeistof-type QD LED gefabriceerd door printen in de toekomst worden gepland, wat verwees naar het onderzoek van M.K. Choi et al. De LIV-curve-spectra van niet-toxische w-LEDs zijn uitgezet in Fig. 4c. De maximale uitvoer-luminantie van de w-LEDs was ongeveer 552 cd/m² bij 230 mA voor de vloeistof-type CQD w-LED, en de doserende monsters lagere luminantie-waarden. De aan-spanning was ongeveer 3 V, en alle monsters werden aangedreven met vergelijkbare invoermacht. Figuur 4d presenteert de CRI van GQD/P-Si QD doserende en vloeistof-type monsters bij stroom-injectie-waarden variërend van 1 tot 300 mA. De vloeistof-type verpakking was stabieler en verhinderde de zelf-aggregatie en de spectrale rode verschuiving, wat de CRI behield. Wij wijzigden de verhouding van QD-menging om deze uitstekende kleurkwaliteit te bereiken. De warme witte vloeistof-type LEDs hadden een uitstekende CRI van 95. De vloeistof-type monsters vertonen een hogere algemene CRI (Ra) waarde vergeleken met de doserende monsters. Verder is de lagere CRI van de doserende monsters toegeschreven aan de QD-zelf-aggregatie en de spectrale rode verschuiving van het doserende monster. De afwezigheid van gele en groene emissies en de versterking van oranje en rode emissies verlaagde Ra. Wanneer Ra niet verlaagd werd, was het gebruik van de vloeistof-type verpakking in staat om de vormen van de emissiespectra te behouden. De CIE-chromaticiteitscoördinaten van de vloeistof-type en doserende monsters waren dicht bij de Planckiaanse locus. De CRI-waarden voor R1–R9 volgen de dalende trend. Dit is te wijten aan het rode-verschuivingsfenomeen dat optrad na het doseringsproces. De vloeistof-type GQD/P-Si QD witte LED vertoonde een uitstekende R9 (88) bij 3900 K. De hoge R9-waarden zijn wenselijk vanwege hun associatie met sterke rode emissies, die gerelateerd zijn aan organische weefsels. Op basis van CRI-waarden kan het hier worden afgebeeld dat de vloeistof-type monsters beter zijn dan de doserende monsters. Het doserende monster heeft een lage CRI-waarde vanwege zelf-aggregatie, intensiteitsreductie, en rode verschuiving van de conformale QD-LEDs. Verder zijn verschillende studies van grafene QD-LEDs gepubliceerd. Maar er zijn nog steeds maar weinig studies die de CRI-waarden van QD-LEDs gedemonstreerd hebben. Daarom werden in de huidige studie QD-gebaseerde WLEDs gefabriceerd met uitstekende CRI-waarden, zoals getoond in Tabel 1.

Figuur 5 vertegenwoordigt de gemiddelde oppervlaktetemperatuur en stroom-afhankelijkheid van vloeistof-type en doserende witte LEDs. De stroom-afhankelijke oppervlaktetemperaturen werden gemeten als de gemiddelde temperatuur over het apparaatoppervlak, voor een periode van 2 min, met het apparaat aangedreven van 1 tot 250 mA. Van de twee voorbereide structuren, vertoonden de doserende monsters de lagere lumineuze efficiënties en de hogere oppervlaktetemperaturen; dit wordt toegeschreven aan warmte-opvang binnen de verpakking. Vergelijking (1) werd gebruikt om de warmte-afgifte in het apparaat te berekenen als het verschil tussen de ingevoerde elektrische macht en de gemeten lichtintensiteit:

Gemiddelde oppervlaktetemperatuur en stroom-afhankelijkheid van vloeistof-type en doserende witte LEDs

waar P_elec. de geïnjecteerde elektrische macht is; P_heat en P_opt. zijn de gegenereerde warmte-energie en optische macht na de invoermacht is geïnjecteerd, respectievelijk; I_f en V_f zijn de dryfstroom en voorwaartse spanning bij LED-werkcondities, respectievelijk; Ø_v is de totale lumineuze flux; en W_opt is de lumineuze efficiëntie van optische straling (LER) van de LEDs. De primaire reden voor het verschil in de oppervlaktetemperatuur van deze verpakkingen is het verschil in hun thermische geleidbaarheidscoëfficiënten: 1,05 W/mK voor vloeistof-type monsters, die samengesteld zijn uit glas, en 0,185–0,196 W/mK voor de doserende monsters, die samengesteld zijn uit PMMA. De glazen container van de vloeistof-type monsters vergemakkelijkt warmte-afgifte en heeft dus een hoge lumineuze efficiëntie. Dus, het verbeteren van de warmte-afgifte-karakteristieken van de monsters kan de foton-uitvoer verbeteren.

Conclusies

Samenvattend, wij hebben twee typen WLEDs-apparatenstructuren voorbereid: een is doseringsstructuur en de ander is vloeistof-type structuur door gebruik te maken van GQD en GQD/P-Si QD respectievelijk. De grafene QDs en poreuze silicium QDs hebben extreem brede emissiebanden. De verkregen resultaten wijzen erop dat grafene QDs en silicium-nanokristallen-gebaseerde w-LEDs uitstekende waarden van CRI (95) en R9 (88) bezitten. Verder vertoont de vloeistof-type apparatenstructuur een hogere lumineuze efficiëntie van 25% en betere stabiliteit vergeleken met doserende gestructureerde apparaten. Ten slotte kunnen wij concluderen dat de uitstekende prestaties van de niet-toxiciteit vloeistof-type warme LEDs het grote potentieel hebben in bio-imaging en andere gerelateerde toepassing zoals verlichting en sensoren zijn van groot belang.

Afkortingen

CRI:

Kleurweergave-index

GO:

Grafene-oxide

GQDs:

Grafene-oxide kwantum-dots

LED:

Licht-emitterende diode

PL:

Fotoluminescentie

QDs:

Kwantum-dots

W-LEDs:

Witte-licht-emitterende diodes