硫量子点(SQDs)作为一类新的非金属元素量子点， 不但具有绿色环保无毒的优点， 而且制备简单、 成本较低、 溶解性好、 光致发光(PL)特性稳定， 引起了量子点领域研究人员极大的兴趣， 在纳米电子学、 光学、 催化化学、 生物医学以及传感器等领域都有较好的应用前景。 目前有关硫量子点的研究主要集中在硫量子点的合成及提高光致发光性能方面， 同碳量子点类似， 这类量子点在紫外灯的照射下也可以显示不同颜色的光， 但绿色荧光性能还需进一步提高。 该研究主要采用超声辅助处理液相反应等方法来制备硫量子点， 采用正十二硫醇（1-Dodecanethiol）的长链硫醇分子来提供硫源， 利用一步法高温（240 ℃）加热， 在很短的时间内（2 h）成功合成了蓝色单质硫量子点(SQDs)， 并对合成的量子点进行了荧光光谱（PL）、 吸收光谱（Abs）、 拉曼光谱、 红外吸收光谱、 元素分析和形貌分析的表征。 由实验可以看出， 硫量子点从550 nm就开始逐渐出现吸收， 主要是由于量子点表面缺陷多所致; 在450 nm处出现明显的吸收边， 对应能带吸收; 在372 nm处的吸收， 归结为量子点中存在S2-8所导致的吸收。 在330 nm激发下， 所合成的量子点呈现出明显的蓝光， 主发射峰位于450 nm处， 主半峰宽大约50 nm。 而后分别改变反应温度和反应时间来合成不同量子点， 实验发现随着反应温度的升高和反应时间的延长， 所合成的硫量子点(SQDs)在330 nm激发下均呈现出从蓝色到黄绿色的变化， 荧光光谱（PL）发射峰主峰波长分别位于400、 450和525 nm， 合成的硫量子点(SQDs)的发光量子产率(PLQY)可以达到1.48%。 此外， 我们利用合成的硫量子点(SQDs)首次制备电致发光器件， 结构为ITO/PEDOT:PSS/PVK/SQDs/ B4PyMPM/LiF/Al， 并测试器件的电致发光特性， 成功获得了硫量子点(SQDs)位于472 nm的蓝光发射， 通过改变电子传输层B4的厚度可以改变S-QLED器件的亮度， 这为实现硫量子点(SQDs)的电致发光具有一定的指导作用。

在量子点电致发光二极管(quantum-dot light-emitting diodes, QLEDs)的研究中, 外界空气尤其是水氧一直是影响器件性能的主要因素。 而有研究表明水是导致QLED器件固定电流下亮度提升的原因之一, 因此通过水汽处理的方式对这一效果进行提升有利于进一步优化器件性能。 主要基于水对量子点表面缺陷态的钝化作用来研究水汽处理量子点发光层对电致发光器件整体性能的影响, 并探索最佳处理时间。 首先利用全溶液法制备了一系列QLED器件, 并在制备过程中对量子点膜层进行水汽处理, 通过保持湿度不变改变处理时长的方式改变水汽处理程度。 然后对各个器件进行电致发光光谱的表征, 结果表明经过水汽处理的QLED器件的电致发光光谱相对未处理器件有一定程度的蓝移, 并且随着处理时间的延长蓝移程度增大, 分析发现这是水分子氧化量子点引起表面钝化从而减少带边缺陷态发光的结果。 此外, 通过测量各个器件的电流密度-电压-亮度(J-V-L)曲线对比不同水汽处理时长下器件的电流密度和发光强度大小, 并通过计算得到各器件的电流效率曲线。 结果表明随着处理时间的延长, QLED器件的亮度和电流效率都取得较大幅度的提升, 处理时长为3 min时亮度提升10%, 电流效率提升50%。 最后, 利用寿命测试设备对器件进行老化, 得到不同处理时长器件在相同固定电流密度下亮度随时间变化的曲线。 结果表明各个器件亮度均表现出先提升后下降的过程, 亮度初始提升幅度约为50%～70%, 并且提升到最大值所用时长随处理时间的增大而减小, 说明水汽处理对器件亮度提升更有效。 通过寿命公式计算器件的寿命并进行对比, 发现经水汽处理器件寿命相对未处理器件最高提升了70%。 总之, 水汽处理对QLED器件的性能在一定程度上起优化作用, 这对于QLED器件效率和寿命的提升以及封装工艺的简化是十分有益的。

在溶液法制备有机电致发光器件(OLEDs)的研究中, PEDOT∶PSS由于具有较好的成膜性与高透光性而常被用作器件的空穴注入层。 但相关研究表明, PEDOT∶PSS本身稳定性较差以及功函数较低, 这使得溶液法制备OLEDs的性能差且不稳定。 蓝色作为全彩色的三基色之一, 制备高效的蓝光器件对于实现高质量显示器件和固态照明装置必不可少。 而目前溶液法制备蓝光OLEDs的器件效率普遍较差, 针对此问题, 本文利用传统的蓝光热激活延迟荧光发光(TADF)材料DMAC-DPS作为发光层, 用溶液法制备了蓝光TADF OLEDs, 通过在PEDOT∶PSS中掺杂PSS-Na制备混合空穴注入层(mix-HIL)来提高空穴注入层的功函数, 研究其对于蓝光TADF OLEDs器件性能的影响。 首先在PEDOT∶PSS水溶液中掺入不同体积的PSS-Na溶液, 在相同条件下旋涂制膜, 进行器件制备。 通过观测各个实验组器件的电致发光(EL)光谱, 发现掺入PSS-Na后器件EL谱存在光谱蓝移的现象, 这是由于掺入PSS-Na水溶液后, mix-HIL层的厚度有所降低, 使得在微腔效应作用下, EL光谱发生蓝移。 通过对比各组器件的电流密度-电压-亮度(J-V-L)曲线及其计算所得器件的电流效率, 结果显示随着PSS-Na的掺入, 器件的亮度和电流都有所增大, 器件的电流效率也得到了提升, 当掺杂比例为0.5∶0.5(PEDOT∶PSS/PSS-Na)时提升幅度最大(亮度提升86.7%, 电流效率提升34.3%)。 通过在瞬态电致发光测试过程中施加或撤去驱动电压观测了器件EL强度的变化, 分析了在混合空穴注入层/发光层(mix-HIL/EML)界面处的电荷积累情况。 实验证明, 通过在PEDOT∶PSS中掺杂PSS-Na制备mix-HIL获得了蓝光TADF OLEDs器件性能的提升, 这是一个获得高效率溶液法制备OLEDs的可行方法。

采用改良型溶剂热法, 成功制备出稀土离子Yb3+, Er3+共掺的NaMgF3∶Gd3+纳米颗粒。 通过XRD确定了所制备样品的结构, 同时运用谢乐公式计算了样品的平均粒径证明样品粒径均在纳米范围之内。 进一步实验结果表明, 随着反应物中掺杂离子Gd3+浓度的改变, 纳米颗粒的形貌随之出现从纳米片到纳米线的转换, 以此实现对纳米晶体形貌的调控。 同时对所制备纳米颗粒在980 nm激发光照射下的光致发光特性进行详细的研究, 值得注意的是纳米颗粒的发光强度随Gd3+掺杂浓度的变化而逐渐增强, 且发生了绿光向红光逐渐转移的趋势。 可控的纳米颗粒形貌以及较高的发光强度对于生物医学检测的应用是十分有益的。

为了提升溶液法制备的蓝色荧光有机发光二极管(OLEDs)的效率, 采用了基于热激活延迟发光(TADF)的激基复合物作为主体材料。 TADF激基复合物主体可以利用反向系间窜跃上转换形成单线态激子并将能量传递到客体, 从而可以同时利用发光层中的三线态激子和单线态激子, 以提升蓝色荧光器件的效率。 选择蓝色荧光材料1-4-Di-［4-(N,N-diphenyl)amino］styryl-benzene (DSA-ph)作为客体发光材料, 4,4′,4″-T-ris(carbazol-9-yl)triphenylamine (TCTA) 掺杂1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo［d］imidazol-2-yl)phenyl) (TPBi)作为热激活延迟荧光激基复合物主体, 通过溶液法制备了蓝色荧光OLEDs。 通过测试TCTA, TPBi以及TCTA掺杂TPBi的光致发光光谱发现, 与TCTA和TPBi相比, TCTA掺杂TPBi的光致发光谱(PL)发生了明显的红移 (峰值波长变为437 nm), 而且光谱变宽, 证明了TCTA∶TPBi激基复合物的形成。 通过对于DSA-ph掺杂激基复合物主体的薄膜与DSA-ph掺杂poly(methyl methacrylate) (PMMA) 的薄膜进行PL测试发现, 两者发光峰相同, 都是来自DSA-ph的发光, 说明激基复合物主体将能量传递到了DSA-ph; DSA-ph的吸收光谱与激基复合物主体的PL光谱存在很大重叠, 说明激基复合物主体与DSA-ph的能量传递非常有效; 通过对激基复合物主体掺杂不同浓度客体的薄膜进行瞬态PL衰减测试发现, 与纯DSA-ph的寿命相比, DSA-ph掺杂激基复合物主体之后其寿命会延长, 纯DSA-ph的寿命只有1.19 ns, DSA-ph掺杂激基复合物主体的荧光衰减曲线与激基复合物主体的荧光衰减曲线相似, 这进一步证明了激基复合物主体将能量传递到了DSA-ph。 研究了主体引入以及DSA-ph掺杂浓度对器件性能的影响。 对于器件的亮度、 电流密度、 电压、 电流效率、 电致发光光谱等参数进行了测试, 与不采用激基复合物主体的器件相比, 采用激基复合物主体的器件性能明显改善, 在DSA-ph掺杂浓度为10%时, 器件亮度从2133.6 cd·m-2提升到了3 597.6 cd·m-2, 器件效率从1.44 cd·A-1提升到了3.15 cd·A-1, 发光峰只有来自DSA-ph的发光。 采用TADF激基复合物主体的方法有潜力实现溶液法制备的高效蓝色荧光OLEDs。

稀土离子掺杂氟化物纳米材料的红色上转换发光在彩色显示、生物成像、医学诊断、防伪标记等领域具有很大的应用潜力, 尤其是小粒径的红色上转换纳米晶在医学诊断和生物成像等领域具有重要的应用价值。采用熔剂热方法成功地合成了一系列NaGd0.78-xF4∶Yb/Ho/Cex(x=0%,5%,10%,15%,20%,30%)上转换发光纳米晶, 利用X射线粉末衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM )、扫描电镜(SEM)以及荧光光谱仪等仪器对产物的物相结构、形貌和荧光性质进行了表征与研究, 样品形貌均一, 分散性好, 呈现六角相, 粒径大约在15~40 nm, 随着Ce3+掺杂量的增大, 粒径有所增大。在980 nm红外光照射下, 随着Ce3+掺杂量的增加, Ho3+红色光上转换显著增强, 绿色光减弱, 红色光和绿色光的比率从0.122 4增加到3.219 3, 增加了将近26倍, 产生了强烈的红色光, 实现了绿色到红色的转换。最后, 详细讨论了Ho3+和Ce3+离子之间可能的上转换发光机制。

为了探究泵浦功率对不同浓度敏化剂离子掺杂的上转换材料发光特性的影响, 采用溶剂热法, 成功制备了不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF4∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒。 首先对这种纳米晶体的结构和形貌进行了详细的分析, 使用X射线粉末衍射仪和透射电子显微镜测试了制备的纳米晶体的结构和形貌。 表征结果证明了制备的纳米颗粒均为结晶性良好、 形状规则的六方相纳米晶体, 随着Yb3+掺杂浓度的提高, 纳米晶体的粒径有所增加。 在此基础上, 通过控制泵浦功率对不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF4∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒在980 nm激发光下的光致发光特性做了详细的研究。 对于不同浓度敏化剂掺杂的样品, 随着泵浦功率的提高, 上转换发光的强度增强, 这可以归因于高泵浦功率促进材料对激发光的吸收。 上转换发光的红绿比也得到了提高, 值得注意的是, 在不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的样品中, 发光的红绿比改变的程度和可调谐的范围有所不同。 为了深入的了解上转换发光机制, 对不同浓度样品中可能发生的电子能量传递机制进行了讨论并提出假设, 认为上转换发光过程中, 不同浓度样品中红绿比变化程度的不同是发光离子组合之间的平均距离和包括多声子弛豫、 交叉弛豫和反向能量传递的非弛豫过程的综合作用。 在低浓度敏化剂掺杂的样品中, 由于掺杂浓度导致Yb3+和Er3+之间的平均距离较大, 反向能量传递过程比较微弱。 在非弛豫过程中, 发生在同一发光中心Er3+上的多声子弛豫和相邻发光中心Er3+之间的交叉弛豫为主要过程。 随着泵浦功率的提高, 高能级的布居速率增加减弱了非辐射弛豫对发光的影响, 材料的红绿比只有微弱的提高, 绿光是上转换发光中的主要成分。 随着掺杂浓度的提高, 敏化剂离子Yb3+和激活剂离子Er3+之间的平均间距减小, 反向能量传递过程得到增强, 成为非辐射弛豫过程中的主要部分。 由于泵浦功率增强而提高的高能级对上转换发光的贡献, 通过相邻敏化剂和激活剂离子之间的反向能量传递过程得到迅速的衰减, 使红光成为上转换发光中的主要成分。 在980 nm的近红外光激发下, 在不同浓度Yb3+掺杂的样品中存在不同侧重的非辐射弛豫过程, 由于多声子弛豫、 交叉弛豫和反向能量传递共同作用, 红绿比随着泵浦功率提高而增加。 这种发光特性不但使得我们得到红光性能更好的上转换荧光材料, 而且可以通过测定材料的红绿比来判定材料的掺杂浓度。 经过进一步的设计和修饰, 这种纳米材料很有潜力作为一种多功能光动力治疗纳米平台在生物检测领域中得到应用。 不同浓度样品中可能发生的电子能量转移过程的提出, 有利于对上转换发光机理的了解和稀土发光离子组合的设计和优化。

研究利用溶液法制备的有机磷光双重掺杂体系电致发光器件的光致发光特性与电致发光特性, 并研究了在这种体系中深能级陷阱导致的器件效率衰退现象。 首先利用紫外光谱仪和光致瞬态寿命测试系统对基于旋涂法制备的以宽带隙材料4,4’-bis(N-carbazolyl)-1,1’-biphenyl（CBP）为主体, 绿色磷光材料tris(2-phenylpyridine) iridium(Ⅲ)（Ir(ppy)3）和红色磷光材料tris(1-phenylisoquinolinato-C2,N)iridium(Ⅲ)（Ir(piq)3）为客体材料的薄膜进行了光致发射光谱测试和薄膜在Ir(ppy)3发光峰516 nm处的光致发光寿命测试, 实验发现在Ir(ppy)3掺杂比例保持定值时, 随着深能级掺杂材料Ir(piq)3的引入, 其光致发光光谱中Ir(ppy)3的相对发光强度减弱且发光寿命变短, 当Ir(piq)3掺杂浓度继续提高时, 薄膜光致发光光谱基本保持不变且Ir(ppy)3的发光寿命基本不变。 实验说明在低浓度掺杂下两者的三线态能级之间存在着能量传递, 但当掺杂浓度达到高浓度时, 能量传递主要来自于主客体之间的传递, 两者作为独立的发光中心发光。 然后利用溶液法制备了发光层分别为CBP∶Ir(ppy)3, CBP∶Ir(ppy)3∶Ir(piq)3和CBP∶Ir(ppy)3∶PTB7的三组器件, 器件结构为ITO/PEDOT∶PSS/Poly-TPD/EML/TPBi（15 nm）/Alq3（25 nm）/LiF（0.6 nm）/Al（80 nm）。 在Ir(ppy)3和Ir(piq)3共掺杂器件和Ir(ppy)3单掺杂器件的对比实验中发现, 加入一定比例的深能级材料后, 器件的电致发光光谱发生改变, Ir(piq)3的相对发光强度增强, 器件发光效率下降且效率滚降现象明显。 通过对器件进行J-V测试, 发现在Ir(ppy)3单掺杂器件中陷阱填充电流随着掺杂材料浓度的提高而提高, 但在加入等浓度深能级材料Ir(piq)3后, 陷阱填充电流基本保持一致。 瞬态电致发光测试表明, 随着Ir(ppy)3掺杂比例的提高, 器件内由于陷阱载流子释放而产生的瞬时发光强度降低, 这是由于Ir(ppy)3具有一定的传导电荷作用, 会减少器件中的陷阱载流子, 这进一步说明了具有较深能级的Ir(piq)3是限制载流子的主要能级陷阱。 同时发现随反向偏压的增大, 瞬态发光强度增大且发光衰减加速, 这是因为位于深能级陷阱的载流子在高电压下被释放, 重新复合发光, 说明深能级陷阱的确限制住了大量载流子, 而由于主体三线态激子具有较长的寿命, 激子间相互作用产生的单线态激子在高反压下解离, 从而引起三线态激子-极化子相互作用的加剧, 导致发光衰减加速。 在窄带隙聚合物材料PTB7与Ir(ppy)3共掺杂器件实验中发现, 随着PTB7掺杂浓度提高, 陷阱浓度变大且器件效率降低, 具有较深能级的PTB7成为了限制载流子的深能级陷阱。 因此说明在双掺杂有机磷光电致发光器件中, 深能级材料会成为限制载流子的能级陷阱, 引起载流子大量堆积, 从而导致三线态激子与极化子相互作用加剧, 使器件的发光效率衰退。

钪基氟化物化学性质稳定、 声子能量低、 无辐射弛豫概率较低, 是一种新型高效的基质材料, 并且Sc3+半径较小, 能与多种氨羧络合剂形成稳定的螯合物, 因而具有更加奇特的物理和化学性质, 近年来, 成为许多科学家研究的热点。 以聚乙烯二胺(PEI)作为表面活性剂, 采用水热法在反应温度为200 ℃时成功制备了ScF3∶Yb3+/Er3+, NaScF4∶Yb3+/Er3+, (NH4)2NaScF6∶Yb3+/Er3+纳米上转换发光材料。 通过X射线衍射仪(XRD)、 透射电镜(TEM)、 扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪对所制备样品的晶相、 形貌和发光特性进行了研究, 结果显示: 通过改变反应物NH4F和Ln3+的比例(NH4F/Ln3+=1∶1, 2∶1, 25∶1, 3∶1, 4∶1, 6∶1, 10∶1, 20∶1, 30∶1, 40∶1, 50∶1)实现了对样品产物、 晶相、 形貌的控制。 当NH4F/Ln3+为25∶1时, 生成了纯立方相的ScF3; 在NH4F/Ln3+为4∶1时, 生成了六角相的NaScF4; 在NH4F/Ln3+为40∶1时, 生成了一种纯立方相的新型基质材料(NH4)2NaScF6, 样品结晶度高, 形貌均一, 有正方形片状和足球状多面体; 在980 nm红外激光的激发下, 不同NH4F/Ln3+比例生成的样品发光呈现桔黄→桔红→绿→黄绿等多种颜色的变化。 实验表明仅改变NH4F一种原料的用量, 就可以生成ScF3∶Yb3+/Er3+, NaScF4∶Yb3+/Er3+和(NH4)2NaScF6∶Yb3+/Er3+ 三种不同的产物, 说明NH4F的用量对产物的生成有决定性的作用, 对晶相的转换、 颜色的调控亦有重要影响。