【新材料案例】显示科技未来技术 - QLED纳米新材料

1. 形貌表征

纳米颗粒的形态和结构性质还通过HRTEM观察进行了进一步表征。

• 图3c展示了使用康宁AFR合成的Zn_1-xMg_xO纳米颗粒的尺寸和形态的HRTEM图像。在60°C下合成的Mg离子浓度为x = 15%的Zn_1-xMg_xO纳米颗粒具有均匀的尺寸分布，从2.5到4.5 nm不等，平均直径为3.5 nm，如图3c所示。

• 图3c的插图是从一个Zn_1-xMg_xO纳米颗粒记录的代表性HRTEM图像，显示了纳米晶体的细节和其单晶性质。晶格的显示图像与纤锌矿ZnO的(002)平面相匹配，略小于标准值0.52 nm。这是Mg离子嵌入ZnO晶格的证据，因为Mg离子的半径（0.57 Å）略小于Zn离子的半径（0.60 Å），并且Zn离子与Mg离子的置换将导致晶格的收缩。

使用AFM分析测量了从使用AFR和传统一锅法合成的Zn_1-xMg_xO纳米颗粒形成的薄膜的表面形貌，如图3d、e所示。

• 使用AFR合成的Zn_1-xMg_xO纳米颗粒形成的薄膜的表面粗糙度为0.72 nm，

• 而传统一锅法合成的薄膜的表面粗糙度为1.77 nm。

AFR合成的纳米颗粒形成的更光滑的表面保证了它与其他功能层之间更好的接触界面和更高效的电荷注入，例如在制备QLED等电子器件时。与釜式反应器相比，康宁LRS流动光化学反应器显著提高了时空产量（STY），提高了37倍。

2. 光谱表征

近紫外吸收测量能够确定这些NPs中的量子限制效应。在这里，测量了紫外-可见吸收光谱，以研究带隙变化与镁离子浓度增加之间的关系。

图4. AFR合成的NP（a）和传统一锅法合成的NP在不同Mg掺杂浓度下的紫外-可见吸收光谱

对于通过AFR和传统一锅法合成的NPs，如图3a、b的吸收光谱所证实的，带隙的蓝移随着Mg掺杂浓度的增加而发生。

• 值得注意的是，对于由AFR合成的NPs，在x=0%至x=15%的掺杂范围内，带隙的增加与Mg浓度的增加几乎是线性的。

• 当掺杂浓度进一步增加到x=20%时，带隙变化的斜率变得平滑，表明最佳掺杂浓度在x=5%左右，如图4a所示。

• 在传统的一锅合成方法的情况下，带隙随着Mg掺杂浓度的增加而发生不规则变化，如图4b所示。

3.制备不同红色QLED并比较性能表现

为了研究通过AFR和传统一锅法合成的Zn_1-xMg_xO NPs的电子传输特性，用Zn_1-xMg_xO（x=15%）NPs制备了红色QLED器件，并标记为器件A（AFR合成）和B NPs（一锅合成）。

图5.（a） QLED的原理图，（b） J−V−L，（c）EQE−L、（d）C.E.−L和（e）P.E.−L特性，（f） 两个样本的载波移动性。

它们性能的综合比较如图4所示：

• 图5a显示了典型的器件结构。

• 图5b中红色QLED的电流密度-亮度-电压（J−L−V）曲线所示，设备A的开启电压为1.92 V。在8835 cd m⁻²的亮度下，设备A最大EQE达到12.1%，对应于17.56 cd A⁻¹的最大电流效率（C.E.）和18.21 lm W⁻¹的功率效率（P.E.），如图5c−E所示。

• 与器件B相比，器件A的导通电压降低了1.5%，EQE、C.E.和P.E.分别提高了25.13%、21.6%和26.9%。

• 图5b还表明，在0至2.04V的低电压下，器件A的电流密度低于器件B的电流密度，这意味着器件A的漏电流较低。据信，Zn_1-xMg_xO NPs的均匀尺寸分布是低漏电流的原因，因为形成了更光滑的表面。如支持信息内的另一个观察结果表明，器件A的发光均匀性和寿命均优于器件B。

所有上述性能的提高都是器件A（AFR合成NPs）中作为ETL的Zn_1-xMg_xO NP的更均匀的尺寸分布带来的的好处。