喷墨打印量子点墨水及阵列的优化研究

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在喷墨打印制备量子点器件中,墨水的稳定性、可打印性,形貌的均匀性、规整性都对器件性能有着重要影响。因此,本文围绕喷墨打印的量子点墨水及打印形貌进行优化研究。首先,利用COMSOL软件建立了压电式喷嘴模型,研究了墨水参数-粘度对液滴喷射过程及液滴体积的影响,并通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明:受粘性损耗及瑞利不稳定性作用,墨水粘度越大,液滴飞行速度越小,且越不易形成卫星液滴。当墨水粘度为1~15 Cp时,软件拟合得到液滴体积范围为58.10~37.29 pl,此时实验所得为149.9~92.9 pl;并对二者所得粘度与体积关系进行函数拟合,可得均为负线性关系。此结果可简化以粘度为变量的液滴调节与定量打印。其次,对多组分量子点墨水的配制进行了系统研究。结果表明:硒化铬量子点,以及作为添加剂的UV胶、聚丙烯酸酯均在卤代烃类溶剂中分散良好,因此选其作为量子点墨水的溶剂。进一步的,以UV胶作为添加剂时,在一定程度上会造成墨水稳定下降;而低分子量聚丙烯酸酯则在墨水的稳定性、可打印性方面都表现良好。因此,聚丙烯酸酯可单独作为粘性添加剂;当以UV胶作为粘度添加剂时,需要聚丙烯酸酯的辅助以改善墨水特性。再次,通过优化墨水组分、干燥环境对薄膜形貌进行改善。结果表明:墨水中添加高沸点溶剂可延缓外向流动;调节聚合物含量可改变墨水物理性质,有利于在诱发内向流动同时阻碍外向流动,二者均可明显改善“咖啡环”形貌,另外聚合物的流平性可提高薄膜平整度;调节干燥温度可调控接触线钉扎,进一步改善“咖啡环”形貌。最终在墨水中量子点浓度为12 mg/ml,氯苯/环己基苯为8:2(V),聚丙烯酸酯含量为11 wt%,干燥温度为25℃时制备了均匀的量子点薄膜及红绿像素阵列。最后,采用UV胶/低聚物量子点墨水制备了球冠状网点及网点式导光板。结果表明:在网点制备时,提高墨水分散性、液滴稳定性有利于改善其形貌;在导光板测试中,随着网点直径变小,其发光强度逐渐减弱,且色域逐渐向蓝光偏移,此与底面照度变小、量子点被激发率降低有关。最终,墨水粘度为15 Cp时,制得了光学特性最佳的导光板,此时网点直径为506μm,高度为15.7μm,导光板相对发光强度为0.518,色坐标为(0.2897,0.0937)。本文对适用于喷墨打印的量子点墨水进行了优化研究,并以此制备了均匀沉积的量子点薄膜阵列及网点式量子点导光板。此研究结果为量子点器件的制备及性能优化提供了技术支持。
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