[发明专利]具有高量子效率和稳定性的在基质中分散纳米颗粒的新材料和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产在聚合物中嵌入发光纳米颗粒的固态聚合物的方法，由此获得的聚合制品，以及包含这种聚合物或聚合制品的照明设备。

发明背景

纳米颗粒，例如量子点(QD)用于照明应用的用途在本领域中是已知的。例如，US20110240960描述发光设备，包含发光源，设置在发光源上方的第一量子点波长转换器，其中分散嵌入第一量子点的第一分散介质，以及将嵌入第一量子点的分散介质的全部外表面整体密封的第一密封剂（first sealer ），所述第一量子点波长转换器包含多个用于通过从发光源转换光波长产生波长转换光的第一量子点。

施加第一包封剂用于包封第一量子点波长转换器的全部外表面。此外，第二量子点波长转换器设置在第一量子点波长转换器上方，第二量子点波长转换器包含多个用于通过从发光源转换光波长产生波长转换光的第二量子点，其中分散嵌入第二量子点的第二分散介质，以及用于整体密封嵌入第二量子点的第二分散介质的全部外表面的第二密封剂，其中第一量子点波长转换器，第二量子点波长转换器以及发光源彼此以间隔开。第二包封剂设置在第二量子点波长转换器的全部外表面上，用于包封第二量子点波长转换器的全部外表面。此外，发光源为发光二极管或激光二极管。

发明内容

纳米颗粒，例如量子点(QD)，已经被显示在照明应用中是高度有意义的。它们可以例如在将蓝光转换为其他颜色中用作无机荧光体（phosphor），并且具有发射带较窄的优点以及颜色可由QD尺寸调谐，能够获得高质量纯白光的优点。

迄今，在许多类型的聚合物中嵌入纳米颗粒看起来导致纳米颗粒聚集。报告的覆盖(capping)分子具有相当低的光化学稳定性，并且该覆盖分子在空气中通常是敏感的。

因此，本发明的一个方面是提供替代的纳米颗粒-聚合物体系，特别是聚合物量子点体系。特别地，本发明的一个方面是提供生产这种具有嵌入的纳米颗粒的聚合物的替代方法。此外，本发明的一个方面是提供其中嵌入纳米颗粒的替代聚合物制品。此外，另一个方面是提供包含具有嵌入的QD的聚合物的替代照明设备。优选，该替代方法和/或替代聚合物制品和/或替代照明设备至少部分避免一个或多个上述(以及下述)现有技术解决方案的缺点。

其中，在此建议使用高Tg，例如至少120℃，更特别地至少150℃，再更特别地至少200℃和光化学稳定的聚合物，例如含有机硅聚合物，作为具有高稳定性的基质材料。含硅聚合物，例如PDMS和Silres (有机硅树脂)可以具有比现有技术解决方案高的多的热稳定性和/或透光度。但是具有常规表面覆盖分子的QD在有机硅中不分散并且显示聚集，导致骤冷(quenching)。因此，将纳米颗粒混合进入此类聚合物，特别是含硅聚合物中仍是难题。纳米颗粒和聚合物之间的相分离导致QD聚结，并显著降低纳米颗粒/聚合物混合物的量子效率（quantum yields）和透光度。

在此，为了在有机硅中获得良好分散的QD层，建议使用可以将其附着于QD表面的覆盖分子或配体。已经研发一组新的基质相容的，例如有机硅相容的覆盖分子。这些覆盖分子可以轻易覆盖在QD上，使得其形成均匀的QD /有机硅聚合物复合材料(通过简单的配体交换方法)。这些覆盖分子由两部分组成；一部分与QD晶体表面上的暴露原子结合，另一部分与(例如有机硅)基质具有相容性。通过纳米颗粒的表面改性，纳米颗粒可以轻易地混合进入含聚合物，例如PDMS和Silres的(有机硅)基质中，而没有相分离。新的基质可以形成高度透明的薄膜。该膜具有高热稳定性并且可以用作新的光转换荧光体。通过选择匹配的PDMS / Silres和纳米颗粒的表面覆盖分子，可以将大多数普通纳米颗粒均匀地混合进入任何规定的PDMS / Silres基质中。形成的纳米颗粒/硅基质薄膜具有高透光度和可与纯无机基质中的纳米颗粒相当的稳定性。与(在实验室中)已经试验过的其它纳米颗粒-聚合物基质相比，纳米颗粒/硅聚合物复合材料具有压倒性优势。

因此，在第一个方面，本发明提供一种生产聚合物中嵌入纳米颗粒，特别是发光纳米颗粒的固态聚合物(制品)的方法，该方法包含以下工艺元素：

(1) 使(i)外表面覆盖有包含第一种官能团和第二种官能团的覆盖分子的纳米颗粒，特别是发光纳米颗粒，和(ii)固态聚合物的前体(在此也称为“聚合物前体”)混合，和

(2) 允许形成固态聚合物，由此产生具有嵌入的纳米颗粒的固态聚合物；

其中第一种官能团配置来结合至量子点的外表面，其中第二种官能团具有一种或多种选自(a)可与固态聚合物前体混溶和(b)能够与固态聚合物前体反应的作用。