Ποιες είναι οι εξελίξεις εφαρμογής των κβαντικών κουκίδων στη φωτοφωταύγεια και την ηλεκτροφωταύγεια;

Μετά την ανακάλυψη πολλών νέων φυσικών φαινομένων νανοκρυστάλλων ημιαγωγών [1-5], έχουν ανακαλυφθεί πολλές πιθανές εφαρμογές που χρησιμοποιούν κβαντικές κουκίδες (QD). Λόγω της κβαντικής επίδρασης περιορισμού και της κβαντικής επίδρασης μεγέθους, οι κβαντικές κουκίδες ημιαγωγών έχουν τα χαρακτηριστικά του ευρέος φάσματος διέγερσης, του στενού πλάτους μισής αξίας, του διευθετήσιμου μήκους κύματος και της επεξεργασίας λύσης κ.λπ., τα οποία έχουν λάβει την εκτενή προσοχή [6-9]. Μετά από περισσότερα από 30 χρόνια ανάπτυξης, τα κβαντικά υλικά κουκκίδας έχουν επιτύχει μια «πράσινη οδό σύνθεσης» και η απόδοσή τους έχει σταδιακά βελτιωθεί, επιτρέποντας την παραγωγή και την προμήθεια βιομηχανικών προϊόντων. Επί του παρόντος, έχουν αναπτυχθεί συσκευές φωτοφωταγώγησης για εμπορικές εφαρμογές και αυτή η σειρά συσκευών έχει χρησιμοποιηθεί σε φωτισμό LED. Και πεδίο εμφάνισης [10-12]. Ειδικά στον τομέα της οθόνης, οι κβαντικές κουκίδες όπως το cdse έχουν εξαιρετικά στενά πλάτη γραμμών, υψηλό κορεσμό χρωμάτων και ισχυρές δυνατότητες αναπαραγωγής χρωμάτων για αντικείμενα, τα οποία μπορούν να φτάσουν περισσότερο από το 120% της χρωματικής γκάμας ntsc [13,14], προκαλώντας τις περισσότερες τηλεοράσεις στον κόσμο περιζήτητα από κατασκευαστές και προμηθευτές οθόνης κινητών τηλεφώνων. Από τότε που η SONY κυκλοφόρησε την πρώτη κβαντική τηλεόραση dot το 2013, εταιρείες όπως η TCL, η Samsung, η LG και η Nanojing Technology έχουν κυκλοφορήσει αρκετά προϊόντα κβαντικής κουκκίδας, καλύπτοντας πολλούς τομείς όπως τηλεοράσεις, κινητά τηλέφωνα και οθόνες υπολογιστών [15,16]. Στην έκθεση CES 2018 στις Ηνωμένες Πολιτείες, η TCL, η Hisense και άλλες εταιρείες πίεσαν για τεχνολογία κβαντικής προβολής κουκκίδας, η οποία σίγουρα θα προωθήσει την περαιτέρω ανάπτυξη και ανάπτυξη της κβαντικής οθόνης κουκκίδας. Εκτιμάται ότι το 2025, οι κβαντικές οθόνες κουκκίδας μπορούν να καταλαμβάνουν περισσότερο από το 30% της αγοράς [17].

Αυτή η ανασκόπηση επικεντρώνεται στην εφαρμογή κβαντικών κουκίδων σε εφαρμογές φωτοφωταύγειας και ηλεκτροφωταύγειας σε τεχνολογίες φωτισμού και οθόνης υψηλής ποιότητας. Η ανάπτυξη κβαντικών κουκίδων έχει εισέλθει στο στάδιο της εμπορικής εφαρμογής από τον αρχικό φωτισμό μέχρι τον σημερινό οπίσθιο φωτισμό της οθόνης υψηλής χρωματικής γκάμας φωτοφωτισμού. Στο επόμενο στάδιο, μπορούμε να φανταστούμε ότι η σταδιακή μείωση του κόστους των κβαντικών κουκίδων, η σύνθεση μεγάλης κλίμακας και οι προσπάθειες που καταβάλλονται από κατασκευαστές όπως το QD Vision, η Samsung και η LG στον ηλεκτροφωτισμό κβαντικής κουκκίδας, θα προωθήσουν περαιτέρω την ηλεκτρική ενέργεια μεγάλης περιοχής των κβαντικών κουκίδων. Εμπορευματοποίηση συσκευών ηλεκτροφωτισμού.

2. Κολλοειδείς κβαντικές κουκίδες

Οι κολλοειδείς κβαντικές κουκίδες συνήθως αναφέρονται σε κρύσταλλα νανο-μεγέθους που συντίθεται και επεξεργάζεται σε διάλυμα [18], τα οποία μπορούν να διασκορπιστούν ομοιόμορφα στο διάλυμα. Η επιφάνεια των κβαντικών κουκίδων καλύπτεται με ένα στρώμα οργανικών ligands και οι ligands συνδέονται με δεσμούς συντονισμού. Στην επιφάνεια της κβαντικής κουκκίδας. Οι πιο κοινές κβαντικές κουκίδες είναι νανοσωματίδια ημιαγωγών που αποτελούνται από ομάδα II-VII (cdse, cds, Znse, CD, Pbs, Pbse), ομάδα III-VI (InP, InAs) ή ομάδα I-III-VII (cuIns2, AgIns2). Συνδυάζοντας διαφορετικά στοιχεία και ligands στη σύνθεση, μπορούν να ληφθούν κβαντικές κουκίδες με διαφορετικές μορφολογίες και ιδιότητες [19,20].

Λόγω της επίδρασης κβαντικού μεγέθους και της κβαντικής επίδρασης περιορισμού, προσαρμόζοντας απλώς το μέγεθος των προετοιμασμένων κβαντικών κουκίδων, το φάσμα μπορεί να καλύψει όλα τα μήκη κύματος από μπλε σε σχεδόν υπέρυθρο [21-23]. Για παράδειγμα, κβαντικές κουκίδες σεληνίου καδμίου, όταν το μέγεθος των συνθετικών σωματιδίων αυξάνεται από 2nm σε 8nm, κάτω από υπεριώδες φως, το χρώμα του μπορεί να μεταβλήσει από μπλε σε κόκκινο [24]. Επί του παρόντος, οι κβαντικές κουκίδες με βάση το κάδμιο έχουν αποδειχθεί ότι έχουν εξαιρετική απόδοση [25], και οι κβαντικές κουκίδες που αποτελούνται από κάδμιο, ψευδάργυρο, σελήνιο, θείο και άλλα στοιχεία έχουν εισέλθει στο στάδιο της εφαρμογής. Ταυτόχρονα, κβαντικές κουκίδες χωρίς κάδμιο, όπως το InP [26] βρίσκονται επίσης στη διαδικασία ερευνητικής προόδου· Οι κβαντικές κουκίδες perovskite είναι επίσης επί του παρόντος ένα δημοφιλές ερευνητικό σύστημα, αλλά η σταθερότητα των κβαντικών κουκίδων perovskite εξακολουθεί να αποτελεί πρόβλημα. Αυτή η ανασκόπηση επικεντρώνεται σε κολλοειδείς κβαντικές κουκίδες ημιαγωγών.

2.1. Ανάπτυξη της κβαντικής σύνθεσης κουκκίδων

Η σύνθεση των κβαντικών κουκίδων έχει διαδραματίσει αποφασιστικό ρόλο στην ανάπτυξη κβαντικών κουκίδων. Μόνο σταθερές και αξιόπιστες κβαντικές κουκίδες μπορούν να ληφθούν για να θέσουν τα θεμέλια για την έρευνα και τις βιομηχανικές εφαρμογές. Σύμφωνα με το σύστημα σύνθεσης των κβαντικών κουκίδων, διαιρείται σε φάση νερού και σύστημα φάσης πετρελαίου, αλλά η σταθερότητα των κβαντικών κουκίδων που συντίθενται στη φάση του νερού είναι κακή, η κβαντική απόδοση είναι χαμηλή, η κατανομή μεγέθους είναι ευρεία και είναι εύκολο να συσσωματωθεί και να κατακρημνιστεί και έχει εξαλειφθεί σταδιακά [27]. Στο σύστημα φάσης λαδιού, που συνήθως περιλαμβάνεται στον οργανικό διαλύτη υψηλού σημείου βρασμού σε θερμοκρασία 120-360°C, ο πρόδρομος αντιδρά για να σχηματίσει τους πυρήνες των κβαντικών κουκίδων και σταματά την ανάπτυξη με επακόλουθη ψύξη [25,28,29]. Το 2001, Peng [29] και άλλοι προετοίμασαν επιτυχώς υψηλής ποιότητας cdse, cds, και cdte κβαντικές κουκίδες χρησιμοποιώντας το οξείδιο καδμίου, το οποίο έχει τη χαμηλή τοξικότητα και την αντιδραστικότητα. Στη συνέχεια, το 2002, προτάθηκε ένα μη συντονιστικό σύστημα διαλυτών [30] το οποίο είναι σήμερα το πλέον χρησιμοποιούμενο σύστημα. Το ευρύ σύστημα οκταπενίου, αυτό το διάλυμα χαμηλής τήξης, υψηλής βρασμού, παρασκευάζεται με επιτυχία cds κβαντικές κουκίδες σε ατμόσφαιρα Ar. Αυτό το σύστημα σύνθεσης δεν χρειάζεται να αντιδρά σε ένα άνυδρο περιβάλλον και η αντίδραση είναι ήπια, η ποιότητα του πυρήνα του κρυστάλλου είναι εύκολο να ελεγχθεί, η αναπαραγωγιμότητα του πειράματος είναι καλή, η διαδικασία παρασκευής απλοποιείται και είναι γνωστή ως "πράσινη οδός σύνθεσης". Είναι τώρα ακαδημαϊκά και βιομηχανικά Όλα συντίθενται με αυτή τη μέθοδο.

Τα τελευταία 10 χρόνια, η μέθοδος μικρο-αντίδρασης έχει επίσης βελτιωθεί. Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή νανοκρυστάλλων σε μεγάλη κλίμακα και να έχει καλό έλεγχο των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων. Λόγω της αύξησης της δυνατότητας ελέγχου του αντιδραστήρα, η ενσωμάτωση των αισθητήρων που μπορούν να αναλυθούν σε πραγματικό χρόνο σε κάθε βήμα της διαδικασίας και η βελτιστοποίηση του αλγορίθμου για την αύξηση της εξόδου κατέστησαν δυνατή αυτή τη βελτίωση [31,32]. Τα κολλοειδή νανοκρυσταλλικών έχουν συντεθεί με επιτυχία σε μικροϋπολογιστές, όπως cdte, cdse, InP[33,34], ακόμη και cdse/Zns και πυρήνας Znse/Zns/κβαντικές κουκίδες κελύφους [35]. Αν και η μέθοδος microreactor μπορεί να αντικαταστήσει τη σύνθεση παρτίδας, απαιτούνται πρόσθετες βελτιώσεις για τη σύνθεση νανοκρυστάλλων με πιο σύνθετες συνθέσεις, σχήματα και ελεγχόμενες ιδιότητες φθορισμού.