复合材料及其制备方法、发光薄膜和显示器件

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种复合材料及其制备方法、发光薄膜和显示器件。

背景技术

量子点是一类可发光半导体纳米颗粒，由于量子尺寸效应，激子在三维方向上都被限制，故量子点又称“零维材料”。量子点的最大特点是可通过调控材料的尺寸来调整发射光的颜色，具有连续较宽的激发谱和狭窄对称的发射光谱，因此，不同尺寸和颜色的量子点能被单一波长的光源激发，明显区别于传统的荧光染料。同时，对比与传统的荧光材料来说，还具有较高的荧光量子效率、较强的荧光强度和高的摩尔消光系数以及较大的斯托克斯位移，使其可以在显示、照明领域作为替代材料。

目前，将量子点应用于制备显示器件时，常常将基质溶解在某种特定的溶剂中制得基质溶液，然后加入量子点进行均匀混合，之后固化成膜，获得量子点薄膜。然而，现有的量子点的分散性能往往较差，在成膜过程中容易发生团聚，析出沉淀，从而降低显示器件的发光效率和稳定性。当前，解决这一技术问题的方法包括：对量子点进行表面修饰，提高其在有机溶剂中的分散性能；修饰量子点表面，使其与模板颗粒复合；改变聚合物的性能。然而，这些方法的效果均不甚明显。

发明内容

本发明旨在解决现有量子点在成膜过程中容易发生团聚的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下具体技术方案：

一种复合材料，包括：介孔氧化物材料和量子点，所述介孔氧化物材料具有褶皱结构，所述量子点附着于所述褶皱结构上。

本发明提供的复合材料，包括：具有褶皱结构的介孔氧化物材料以及附着于所述褶皱结构的量子点，一方面，量子点附着于介孔氧化物材料的褶皱结构上，可避免量子点在成膜过程中发生团聚，保证其具有良好的光稳定性；另一方面，介孔氧化物材料具有褶皱结构，且当褶皱结构呈放射状时，量子点附着在所述褶皱结构之后，复合材料在所述介孔氧化物材料相邻的褶皱结构间形成荧光发射通道，使得量子点发射的荧光能够被褶皱壁反射并通过该荧光发射通道并向外发射，可一定程度上提高复合材料的量子效率。

相应的，一种复合材料的制备方法，包括以下步骤：

提供介孔氧化物材料、量子点和有机溶剂，所述介孔氧化物材料具有褶皱结构；

将所述介孔氧化物材料和所述量子点分散于所述有机溶剂中，进行加热，使得所述量子点附着于所述介孔氧化物材料的褶皱结构上。

本发明提供的上述复合材料的制备方法，将介孔氧化物材料和量子点于有机溶剂中进行加热，使得量子点附着于介孔氧化物材料的褶皱结构上，方法简单，操作简便，易于量产。

相应的，一种发光薄膜，所述发光薄膜的材料包括：前述复合材料，或上述制备方法制得的复合材料。

本发明提供的发光薄膜，其材料包括上述复合材料，由具有褶皱结构的介孔氧化物材料以及量子点复合形成，可避免量子点在成膜过程中发生团聚，确保其良好的光稳定性，并一定程度上提高其量子效率。

相应的，一种显示器件，包括：上述发光薄膜。

本发明提供的显示器件，包括上述发光薄膜，具有良好的光稳定性和量子效率。

附图说明

图1为本发明优选实施例提供的复合材料的部分结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种复合材料的制备方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种显示器件的结构简图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，一种复合材料，包括：介孔氧化物材料和量子点，所述介孔氧化物材料具有褶皱结构，所述量子点附着于所述褶皱结构上。

本发明实施例提供的复合材料，包括：具有褶皱结构的介孔氧化物材料以及附着于所述褶皱结构的量子点，一方面，量子点附着于介孔氧化物材料的褶皱结构，可避免量子点在成膜过程中发生团聚，保证其具有良好的光稳定性；另一方面，介孔氧化物材料具有褶皱结构，且褶皱结构呈放射状，量子点附着在所述褶皱结构之后，复合材料在所述介孔氧化物材料相邻的褶皱结构间形成荧光发射通道，使得量子点发射的荧光能够被褶皱壁反射并通过该荧光发射通道并向外发射，可一定程度上提高复合材料的量子效率。

具体的，在本发明实施例中，所述介孔氧化物材料具有褶皱结构。作为一种实施方式，所述褶皱结构呈放射状，使得相邻的放射状褶皱结构间形成荧光发射通道。

在本申请说明书中，“放射状”指的是由一点向四周外射出的形状，“褶皱结构呈放射状”为褶皱结构沿材料中心向周围辐射分布。

在一些实施例中，所述介孔氧化物材料包括介孔二氧化硅、介孔二氧化钛、介孔氧化铝和介孔氧化锆中的至少一种，介孔二氧化硅有良好的透光性和低折射率，可减少对复合的量子点发出的光的损耗；介孔二氧化钛、介孔氧化铝和介孔氧化锆等介孔金属氧化物应用在液晶显示中，可以有效地提高电子空穴的传导率。在另一些实施例中，所述介孔氧化物材料的比表面积为300-450m

具体的，在本发明实施例中，所述量子点附着于所述褶皱结构上，使得量子点在薄膜制备过程中的分散性能得到改善，无论采用何种基质溶液进行混合分散，均可有效避免量子点在成膜过程中发生团聚，具有良好的光稳定性。与现有对量子点进行表面修饰的方法相比，本发明实施例可有效避免由于量子点表面修饰的外源配体带来的不利影响，确保具有良好的分散性能的同时保持量子点原有的发光性能。在光电作用下，量子点发射荧光，由于附着在发射状褶皱结构上，发射光被褶皱壁反射并经相邻的放射状褶皱结构间形成的荧光发射通道向外发射，可减少发射光被相邻的量子点重新吸收的几率，一定程度上提高复合材料的量子效率。

在本发明实施例中，所述介孔氧化物材料和所述量子点的质量比优选为(2-4):(1-2)。由于复合在介孔材料中的量子点需要达到一定强度的光才能有效地传递出来，所以量子点的复合量需要有一定的最低临界值，但是，当复合材料中的量子点的用量过大，量子点之间会产生重吸收，减少了量子点发出的光强度，不利于材料利用。

在本发明实施例中，所述量子点选自IV族半导体材料、II-VI族半导体材料、II-V族半导体材料、III-V族半导体材料、III-VI族半导体材料、IV-VI族半导体材料、I-III-VI族半导体材料、II-IV-VI族半导体材料和II-IV-V族半导体材料中的至少一种，包括但不限于PbSe、CdTe、ZnO、InP、GaN、GaP、AlP、InN、ZnTe、InAs、GaAs、CaF

相应的，一种上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S01、提供介孔氧化物材料、量子点和有机溶剂，所述介孔氧化物材料具有褶皱结构；

S02、将所述介孔氧化物材料和所述量子点分散于所述有机溶剂中，进行加热，使得所述量子点附着于所述介孔氧化物材料的褶皱结构。

本发明实施例提供的上述复合材料的制备方法，将介孔氧化物材料和量子点于有机溶剂中进行加热，使得量子点附着于介孔氧化物材料的褶皱结构上，方法简单，操作简便，易于量产。

具体的，步骤S01中，选择的介孔氧化物材料和量子点，与上述复合材料的技术方案中的所述介孔氧化物材料和所述量子点基本相同。其中，所述介孔氧化物材料可选为市售的具有褶皱结构的介孔氧化物商品，也可采用本领域的常规技术手段进行制备得到的产物。

进一步的，为了使得所述介孔氧化物材料中的褶皱结构具有更深的褶皱程度，以提高后续所述量子点在所述褶皱结构上的负载率，所述复合材料的制备方法还包括制备具有褶皱结构的介孔氧化物材料的步骤，例如：将模板剂、碱源、介孔氧化物前驱体、极性溶剂和非极性溶剂进行混合，反应，离心，清洗，获得具有褶皱结构的介孔氧化物材料。

作为一种实施方式，制备具有褶皱结构的介孔氧化物材料的步骤包括：

S011、将模板剂和尿素溶解在水中并加入挥发性溶剂，得到混合液；

S012、将所述混合液与所述介孔氧化物前驱体进行混合，进行加热，得到具有褶皱结构的介孔氧化物材料。

更为具体的，步骤S011中，所述模板剂作为合成介孔氧化物材料的模板。模板剂为一类表面活性剂，其具有亲水和疏水基团，在反应过程中，模板剂的带电荷的亲水基团与介孔氧化物前驱体的金属基团作用，使其在水溶液中形成亲水基团在外、疏水基团在内的胶束；随着反应进行，介孔氧化物前驱体水解形成氧化物，而原来的疏水基团在氧化物内形成介孔，可通过清洗将其去除，从而生成介孔氧化物。

在一些实施例中，所述模板剂选为十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(F127)、十二胺、磷酸、十二烷基胺、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种，这类模板剂适用于合成具有不同介孔尺寸的介孔氧化物，例如F127和十六烷基三甲基溴化铵适用于合成大尺寸的介孔氧化物，十二胺、十二烷基胺、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠适用于合成小尺寸的介孔氧化物，磷酸则适用于合成更小尺寸的介孔氧化物。

所述尿素作为碱源，用于调节反应体系为碱性环境。

所述氧化物前驱体通过反应提供介孔氧化物阳离子，在一些实施例中，所述氧化物前驱体优选为正硅酸丁酯、正钛酸丁酯、磷酸锆、磷酸钛、硝酸镍和硝酸铝中的至少一种。这类氧化物前驱体对应于生成的介孔氧化物，例如正硅酸丁酯用于合成介孔二氧化硅，正钛酸丁酯和磷酸钛用于合成介孔二氧化钛，磷酸锆用于合成介孔二氧化锆，硝酸镍用于合成介孔二氧化镍，硝酸铝用于合成介孔二氧化铝，将这类介孔氧化物应用在液晶显示中，可以有效地提高电子空穴的传导率。在一些具体实施例中，所述氧化物前驱体为正硅酸丁酯，合成的介孔二氧化硅具有更好透光性和低折射率，能够减少对复合的量子点发出的光的损耗。

所述水和所述挥发性溶剂作为合成所述介孔氧化物材料的反应溶剂。将所述水和所述挥发性溶剂进行混合，可加深后续加热步骤中的溶剂沸腾程度，使得合成的介孔氧化物中的褶皱结构进一步地被扩大且具有更深的褶皱程度，一定程度上提高了后续所述量子点在所述褶皱结构上的负载率。在一些实施例中，所述水选为去离子水。在另一些实施例中，所述挥发性溶剂选自正己烷、环己烷、异丙醇、氯仿和乙酸乙酯中的至少一种。在其他的一些实施例中，所述水和所述挥发性溶剂的体积比为(1-2):(1-2)。

进一步的，所述模板剂和所述尿素的反应比例也影响着后续生成的介孔氧化物及其褶皱结构的褶皱程度，在一些实施例中，所述模板剂与所述尿素的质量比为(1-5):(1-3)。

更为具体的，步骤S012中，将所述混合液与所述介孔氧化物前驱体进行混合，形成介孔氧化物前驱体的反应体系。在一些实施例中，所述模板剂与所述介孔氧化物前驱体的质量比为(1-5):(10-30)，以控制合成的介孔氧化物中介孔的数量和大小在合理的范围内。当模板剂用量太多，不利于氧化物前驱体的水解合成，可能会由于模板剂太多以至于形成表面配体作用而导致形成单独小颗粒的氧化物而不再是介孔材料；当模板剂太少时，介孔材料的孔尺寸较少，或不形成介孔结构。

进行加热，启动介孔氧化物材料的合成反应，以得到具有褶皱结构的介孔氧化物材料。进一步的，所述加热的温度为60-80℃，加热时间为10小时以上。

所述有机溶剂用于均匀分散所述介孔氧化物材料和所述量子点，优选为易挥发溶剂，在一些实施例中，所述有机溶剂选自正己烷、环己烷、异丙醇、氯仿和乙酸乙酯中的至少一种，在这些有机溶剂中，量子点具有良好的分散性能，可避免在附着于褶皱结构之前发生量子点团聚的问题。

步骤S02中，将所述介孔氧化物材料和所述量子点分散于所述有机溶剂中，使得所述介孔氧化物材料和所述量子点均匀混合。所述有机溶剂选为能够溶解和/或均匀分散所述介孔氧化物材料和所述量子点的一类溶剂，优选为易挥发溶剂，利于在制备后期快速去除有机溶剂。在一些优选实施例中，所述有机溶剂选自正己烷、环己烷、异丙醇、氯仿和乙酸乙酯中的至少一种。

作为一种实施方式，将所述介孔氧化物材料和所述量子点分散于所述有机溶剂的步骤中，按照所述介孔氧化物材料和所述量子点的质量比为(2-4):(1-2)的比例，将所述介孔氧化物材料与所述量子点分散于所述有机溶剂中。

作为一种实施方式，将所述介孔氧化物材料和所述量子点分散于所述有机溶剂的步骤中，按照所述介孔氧化物材料和所述有机溶剂的质量体积比为(50-100)mg:(5-10)mL的比例，将所述有机溶剂与所述介孔氧化物材料进行混合。有机溶剂能够扩大介孔氧化物材料的尺寸和增加褶皱，当有机溶剂过多，形成沸腾状态，会严重破坏介孔氧化物材料的基本结构；当有机溶剂过少，辅助作用不明显。

进行加热的步骤中，主要通过物理吸附和/或化学吸附的作用，使得所述量子点附着于所述介孔氧化物材料的褶皱结构的表面。作为一种实施方式，进行加热的步骤中，加热温度为65-80℃，加热时间为3-8小时。将加热温度控制为65-80℃，使得有机溶剂可以有效挥发，并同时为量子点的物理或化学吸附提供一定能量，使量子点更好地吸附到介孔氧化物材料中；将加热时间控制为3-8小时，可有效控制量子点的吸附量协调有机溶剂的作用，例如，当加热时间小于3小时，有机溶剂挥发量较少，介孔扩大作用少，褶皱结构少，量子点吸附量也少。作为一种实施方式，进行加热的步骤中，采用加热回流的方法。采用加热回流的方法可确保加热步骤中反应体系的有机溶剂的用量保持稳定，并使得所述介孔氧化物材料的褶皱结构进一步地被扩大且褶皱程度更深，增加比表面积，促进量子点更易于附着在褶皱结构上。作为一种实施方式，进行加热的步骤之后，挥发去除所述有机溶剂。可以理解，挥发去除所述有机溶剂的方法包括加热挥发所述有机溶剂。通过利用有机溶剂挥发的特点，使得所述介孔氧化物材料的褶皱结构进一步地被扩大且褶皱程度更深。在一些实施例中，在65-80℃下进行加热回流3-8小时，然后停止回流并挥发去除所述有机溶剂，清洗，烘干，获得所述复合材料。

在本发明实施例中，所述复合材料可制备为具有膜层结构的发光薄膜，也可制备为具有其他表现形态的量子点产品。

相应的，一种发光薄膜，所述发光薄膜的材料包括：前述复合材料，或上述制备方法制得的复合材料。

本发明实施例提供的发光薄膜，所述发光薄膜的材料包括上述复合材料，由具有褶皱结构的介孔氧化物材料以及量子点复合形成，可避免量子点在成膜过程中发生团聚，确保其良好的光稳定性，并一定程度上提高其量子效率。

作为一种实施方式，所述发光薄膜的材料还包括：基质，所述复合材料均匀分散在所述基质中。所述基质可参考本领域常规的基质材料，可选为无机材料，也可选为有机材料，其中，所述无机材料包括但不限于硅玻璃、ITO玻璃或硅凝胶等，所述有机材料包括聚合物，例如光聚合树脂等。在一些实施例中，所述基质为聚合物；所述聚合物包括聚乙烯肉桂酸树脂、聚苯乙烯共N-(P-羟基苯基)马来酰亚胺、聚N-苯基甲基丙烯酰胺共N-(P-羟基苯基)马来酰亚胺、聚氟代磺酸乙烯和聚4-(六氟-2-羟丙基)-苯乙烯、乙烯醚-马来酸酐共聚物和环烯烃-马来酸酐共聚物中的至少一种。

在制备为发光薄膜时，将所述复合材料与所述基质均匀混合，然后进行固化。在一些实施例中，将光聚合树脂溶解在有机溶剂例如环戊酮中，制备基质溶液；然后，在基质溶液中加入上述复合材料，搅拌8-15h，制得复合材料的终浓度为50-100mg/mL的混合物；之后，以1000-4000rpm的转速旋涂在石英片上制备成量子点薄膜，放置在90-100℃下预焙1min，紫外光下固化5-10min得到量子点薄膜。在另一优选实施例中，将上述复合材料以终浓度为50-100mg/mL分散在有机溶剂例如环戊酮中，然后加入光聚合树脂进行混合搅拌8-15小时，之后将混合液以1000-4000rpm的转速旋涂在石英片上，在90-100℃下预焙1min，紫外光下固化5-10min，制得Cd

相应的，一种显示器件，包括：上述发光薄膜。

本发明实施例提供的显示器件，包括上述发光薄膜，具有良好的光稳定性和量子效率。

作为一种实施方式，所述显示器件为彩色滤光片或量子点发光二极管。

在一些实施例中，所述显示器件为彩色滤光片，所述彩色滤光片包括彩色滤光层，所述彩色滤光层包括多个像素区域，所述像素区域排布有多个子像素滤光层，其特征在于，至少一个子像素滤光层的材料包括：上述发光薄膜。

在一些实施例中，所述显示器件为量子点发光二级管，如图3所示，所述量子点发光二极管包括：相对设置的阴极L03和阳极L01，设置在所述阴极L03和所述阳极L01之间的量子点发光层L02，所述量子点发光层L02的材料包括：上述发光薄膜。

为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例一种复合材料及其制备方法、发光薄膜和显示器件的进步性能显著地体现，以下通过实施例对本发明的实施进行举例说明。

实施例1

本实施例制备了一种Cd

1、制备具有褶皱结构的介孔二氧化硅材料

将3g十六烷基三甲基溴化铵和2g尿素溶解在150mL去离子水中，加入130mL正己烷，搅拌40min；然后向混合溶液中加入15g正硅酸丁酯，加热至65℃，搅拌15h，之后进行离心清洗，获得具有褶皱结构的介孔二氧化硅材料；

2、制备复合材料

称取30mg的Cd

称取60mg上述步骤制备得到的介孔二氧化硅材料，分散在8mL正己烷中，制备介孔二氧化硅材料溶液；

将Cd

3、成膜制备

将上述步骤制备的复合材料以终浓度为60mg/mL分散在环戊酮中，然后加入聚乙烯肉桂酸树脂进行混合搅拌10h，之后将混合液以2000rpm的转速旋涂在石英片上，在95℃下预焙1min，紫外光下固化5min，制得Cd

将量子点与介孔二氧化硅材料复合后可以使外量子效率从复合前的5％提高到18％，其中，由于介孔二氧化硅材料具有较大的比表面积和褶皱结构，使量子点可以有效地附着在内壁且减少量子点发射光的重吸收。

实施例2

本实施例制备了一种CdSe

1、制备具有褶皱结构的介孔二氧化钛材料

将4g十二烷基硫酸钠和1.5g尿素溶解在130mL去离子水中，加入180mL异丙醇，搅拌40min；向混合溶液中加入20g正太酸丁酯，加热至70℃，搅拌16h，之后进行离心清洗，获得具有褶皱结构的介孔二氧化钛材料；

2、制备复合材料

称取45mg的CdSe

称取80mg上述步骤制备得到的介孔二氧化钛材料，分散在8mL乙酸乙酯中，制备介孔二氧化钛材料溶液；

将CdSe

3、成膜制备

将上述步骤制备的复合材料以终浓度为80mg/mL分散在环戊酮中，然后加入聚氟代磺酸乙烯和聚4-(六氟-2-羟丙基)-苯乙烯的混合物，其中，复合材料与混合物的质量比为(1-2):(3-6)，搅拌8h，之后将混合液以3000rpm的转速旋涂在石英片上，在95℃下预焙1min，紫外光下固化8min，制得CdSe

将量子点与介孔二氧化钛材料复合后可以使外量子效率从复合前的8％提高到20％；同时，由于介孔二氧化钛材料在背光光照下可以产生大量的电子和空穴，使量子点除了在背光激发外，还能通过二氧化钛产生的电子空穴激发，进一步提高量子点的发光效率。

实施例3

本实施例制备了一种Zn

1、制备具有褶皱结构的介孔氧化铝材料

将2g十二胺和1.5g尿素溶解在200mL去离子水中，并加入180mL环己烷，搅拌60min；然后向混合溶液中加入30g硝酸铝，加热至75℃，搅拌10h，之后进行离心清洗，获得具有褶皱结构的介孔氧化铝材料；

2、制备复合材料

称取50mg的Zn

称取50mg上述步骤制备得到的介孔氧化铝材料，分散在10mL环己烷中，制备介孔氧化铝材料溶液；

将Zn

3、成膜制备

将上述步骤制备的复合材料以终浓度为55mg/mL分散在环戊酮中，然后加入环烯烃-马来酸酐共聚物进行混合搅拌13h，之后将混合液以4000rpm的转速旋涂在石英片上，在90℃下预焙1min，紫外光下固化6min，制得Zn

将量子点与介孔氧化铝材料复合后可以使外量子效率从复合前的3％提高到16％；由于氧化铝具有紧密的堆砌晶格，金属离子与非金属离子对量子点有进一步的吸引作用，使更多的量子点可以附着在褶皱结构中，有效地增加量子点的发光强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。