מהן ההתפתחויות היישום של נקודות קוונטיות בפוטלומינציה ואלקטרו-לומינציה?

בעקבות גילוי תופעות פיזיות חדשות רבות של ננו-קריסטלים מוליכים למחצה [1-5], התגלו יישומים פוטנציאליים רבים המשתמשים בנקודות קוונטיות (QD). בשל אפקט הכליאה הקוונטית ואפקט הגודל הקוונטי, לנקודות קוונטיות של מוליכים למחצה יש מאפיינים של ספקטרום עירור רחב, רוחב חצי ערך צר, אורך גל מתכוונן ועיבוד פתרונות וכו ', שזכו לתשומת לב רבה [6-9]. לאחר יותר מ -30 שנות פיתוח, חומרי נקודה קוונטית השיגו "מסלול סינתזה ירוקה", וביצועיהם השתפרו בהדרגה, ומאפשר ייצור ואספקה של מוצרים מתועשים. נכון לעכשיו, התקנים פוטו-זוהרים עבור יישומים מסחריים פותחו, וסדרת התקנים זו שימשה בתאורת LED. ושדה תצוגה [10-12]. במיוחד בשדה התצוגה, לנקודות קוונטיות כגון cdse יש רוחב קו צר במיוחד, רוויית צבע גבוהה ויכולות שכפול צבעים חזקות עבור אובייקטים, שיכולים להגיע ליותר מ-120% ממכלול הצבעים ntsc [13,14], מה שגורם לרוב טלוויזיות בעולם המבוקשות על-ידי יצרנים וספקי מסך טלפון נייד. מאז ש-SONY שחררה את הטלוויזיה הקוונטית הראשונה ב-2013, חברות כמו TCL, סמסונג, LG וטכנולוגיית Nanojing שחררו מספר מוצרי נקודות קוונטיות, המכסים תחומים רבים כמו טלוויזיות, טלפונים ניידים וצגי מחשב [15,16]. בתערוכת CES 2018 בארצות הברית, TCL, Hisense וחברות אחרות דחפו לטכנולוגיית תצוגת נקודות קוונטית, אשר בוודאי תקדם את המשך הפיתוח והצמיחה של תצוגת נקודות קוונטיות. ההערכה היא כי בשנת 2025, תצוגות נקודות קוונטיות יכולות לתפוס יותר מ -30% מהשוק [17].

סקירה זו מתמקדת ביישום של נקודות קוונטיות ליישומי פוטולומינציה ואלקטרו-לומינציה בטכנולוגיות תאורה ותצוגה באיכות גבוהה. הפיתוח של נקודות קוונטיות נכנס לשלב של יישום מסחרי מהתאורה הראשונית לתצוגה של סולם צבעים גבוה של היום. בשלב הבא, ניתן לדמיין כי ההפחתה ההדרגתית בעלות הנקודות הקוונטיות, הסינתזה בקנה מידה גדול, והמאמצים שנעשו על ידי יצרנים כגון QD Vision, סמסונג, ו LG באלקטרו-לומינציה של נקודות קוונטיות, יקדמו עוד יותר את החשמל הגדול של נקודות קוונטיות. מסחור של מכשירים אלקטרולומינסנטים.

2. נקודות קוונטיות קולואידיות

נקודות קוונטיות קולואידיות מתייחסות בדרך כלל גבישים בגודל ננו מסונתז ומעובדים בתמיסה [18], שניתן לפזר באופן אחיד בתמיסה. פני השטח של הנקודות הקוונטיות מכוסים בשכבה של ליגנדים אורגניים, והליגנדים מחוברים על ידי קשרי תיאום. אל פני השטח של הנקודה הקוונטית. הנקודות הקוונטיות הנפוצות ביותר הן חלקיקי מוליכים למחצה המורכבים מקבוצת II-VII (CDSE, CDS, Znse, CDS, Pbs, Pbse), קבוצת III-VI (InP, InAs) או קבוצת I-III-VII (cuIns2, AgIns2). על ידי שילוב אלמנטים וליגנדים שונים בסינתזה, ניתן להשיג נקודות קוונטיות עם מורפולוגיות ומאפיינים שונים [19,20].

בשל אפקט הגודל הקוונטי ואפקט הכליאה הקוונטית, פשוט על ידי התאמת גודל הנקודות הקוונטיות המוכנות, הספקטרום יכול לכסות את כל אורכי הגל מכחול ועד כמעט אינפרא אדום [21-23]. לדוגמה, נקודות קוונטיות קדמיום סלניד, כאשר גודל החלקיקים הסינתטיים גדל מ-2 ננומטר ל- 8 ננומטר, תחת אור אולטרה סגול, צבעו יכול לעבור מכחול לאדום [24]. כיום, נקודות קוונטיות מבוססות קדמיום הוכיחו ביצועים מצוינים [25], ונקודות קוונטיות המורכבות קדמיום, אבץ, סלניום, גופרית ואלמנטים אחרים נכנסו לשלב היישום. יחד עם זאת, נקודות קוונטיות נטולות קדמיום כגון InP [26] נמצאות גם הן בתהליך של התקדמות מחקרית; נקודות קוונטיות פרובסקיט הן גם כיום מערכת מחקר פופולרית, אך היציבות של נקודות קוונטיות פרובסקיט היא עדיין בעיה. סקירה זו מתמקדת בנקודות קוונטיות מוליכים למחצה קולואידיים.

2.1. פיתוח סינתזת נקודות קוונטיות

הסינתזה של נקודות קוונטיות מילאה תפקיד מכריע בהתפתחות נקודות קוונטיות. ניתן להשיג רק נקודות קוונטיות יציבות ואמינות כדי להניח את היסודות למחקר וליישומים תעשייתיים. על פי מערכת הסינתזה של הנקודות הקוונטיות, היא מחולקת לשלב המים ולמערכת שלב השמן, אך יציבות הנקודות הקוונטיות המסונתזות בשלב המים ירודה, התפוקה הקוונטית נמוכה, התפלגות הגודל רחבה וקל להתרחב ולזרז אותה, והיא בוטלה בהדרגה [27]. במערכת שלב השמן, כולל בדרך כלל בממס נקודת הרתיחה הגבוהה האורגני בטמפרטורה של 120-360 מעלות צלזיוס, המבשר מגיב ליצירת גרעיני הנקודות הקוונטיות ועוצר את הצמיחה על ידי קירור לאחר מכן [25,28,29]. בשנת 2001, פנג [29] ואחרים הכינו בהצלחה CDSE, תקליטורים ונקודות קוונטיות באיכות גבוהה באמצעות תחמוצת קדמיום, אשר יש רעילות נמוכה ותגובה. ואז בשנת 2002 הוצעה מערכת ממסים לא מתואמת [30], שהיא כיום המערכת הנפוצה ביותר. מערכת האוקטדאן הרחבה, תמיסה נמוכה זו, בעלת רתיחה גבוהה, הכינה בהצלחה נקודות קוונטיות CDS באטמוספרה Ar. מערכת סינתזה זו אינה צריכה להיות מגיבה בסביבה נטולת מים, והתגובה קלה, איכות גרעין הקריסטל קלה לשליטה, שחזור הניסוי טוב, תהליך ההכנה הוא פשוט, והוא ידוע בשם "מסלול הסינתזה הירוקה". עכשיו זה אקדמי ותעשייתי כולם מסונתזים בשיטה זו.

בעשר השנים האחרונות, גם שיטת המיקרו-תגובה שופרה. שיטה זו יכולה לשמש לייצור nanocrystals בקנה מידה גדול ויש להם שליטה טובה על תכונות פיזיות וכימיות. בשל העלייה ביכולת השליטה של הכור, שילוב החיישנים שניתן לנתח בזמן אמת בכל שלב תהליך ואופטימיזציה של האלגוריתם להגדלת התפוקה אפשרו שיפור זה [31,32]. קולואידים ננו-קריסטליים מסונתזים בהצלחה במיקרו-אקטיבקטורים, כגון CDTE, CDSE, InP[33,34], ואפילו CDSE/Zns ונקודות קוונטיות של ליבה/מעטפת Znse/Zns [35]. למרות שיטת microreactor יכול להחליף סינתזת אצווה, שיפורים נוספים נדרשים לסנתז nanocrystals עם קומפוזיציות מורכבות יותר, צורות, ומאפיינים פלואורסצנטיים לשליטה.