北航劉歡團隊和河南大學杜祖亮團隊聯合Adv. Mater.報道: 纖維液橋引導的液體連續可控輸運：面向高性能QLEDs

【背景介紹】

? ? ? ? 膠體的量子點（QDs）是具有窄光譜發射帶寬、寬吸收率、高光致發光量子效率和可控制帶隙等優異 性能的納米晶體，被廣泛用作下一代照明和顯示設備中，比如基于QDs的發光二極管顯示器（QLED）。其中，QD薄膜的質量直接影響著器件的性能。QD薄膜的厚度和均勻性不僅影響薄膜的電荷轉移，而且影響與相鄰層的電荷平衡，從而直接影響量子效率。因此，需要開發一種簡便且低成本的方法來制備高質量的QD薄膜。

? ? ? ?目前，溶液工藝已被廣泛用于制造QD薄膜，現有的方法通常存在或者高成本、或者薄膜質量低的局限性。因此，發展一種簡便的方法來制備高質量的QD薄膜，尤其是可以同時實現液體可控輸運的同時可以精確控制液體消耗。

【成果簡介】

近日，北京航空航天大學的劉歡研究員和河南大學的杜祖亮教授（共同通訊作者）聯合報道了一種由纖維液橋引導的簡便方法，通過使用拉緊的纖維和毛細管結合將QD溶液連續且可控制的轉移到基底，制備得到超光滑的QD薄膜。纖維的兩端置于毛細管中，可以引導QD溶液沿著纖維從毛細管中流出，沿著纖維在基底鋪展，從而在水平纖維和基板之間形成液橋。同時，垂直放置的毛細管可以穩定的存儲大量液體，且能持續供液保持穩定的液橋。定向移動液橋可在基板直接制備大面積高質量的超平滑QD薄膜。值得一提的是，液體消耗是定量的，即與所制備的薄膜的面積成比例。此外，通過將溶液依次轉移到相同的目標區域上，可以制備多層超光滑的紅色/綠色/藍色QD薄膜。所制備的白色QLEDs具有相當高的性能，其中最大亮度為57190 cd m^-2，最大電流效率為15.868 cd A^-1。該策略為低成本制備高性能QLEDs提供了新思路。研究成果以題為“Continuous and Controllable Liquid Transfer Guided by a Fibrous Liquid Bridge: Toward High-Performance QLEDs”發布在國際著名期刊Adv. Mater. 上。該工作受到國家自然科學基金的資助。

【圖文解析】

圖一、利用纖維液橋方法制備超光滑QD薄膜
（a）可控溶液轉移過程示意圖；

（b）所用尼龍纖維的掃描電子顯微鏡圖像；

（c）液體轉移過程的光學照片；

（d）所準備的大面積（25 cm²）綠色QD薄膜圖像；

（e-f）通過機械調節光纖和基板之間的距離實現的液橋的形成（ON）和斷開（OFF），從而表明液體轉移過程是可控的。

圖二、對制備好的QD薄膜的PL和AFM表征
（a-c）紅色（R）、綠色（G）和藍色（B）QD薄膜的PL圖像；

（d-f）由一次、兩次和三次的液體轉移所制備的綠色QD薄膜在基材的同一目標區域上的PL圖像；

（g-i）所制備的QD薄膜具有不同厚度和粗糙度的AFM圖像。

圖三、由纖維液橋引導的液體定量轉移的表征
（a）印刷面積（cm2）與耗液量（μL）之間的關系圖顯示為準線性關系。

（b）制備面積為2、4、6、8、10和12 cm²的綠色QD薄膜都顯示出相當均勻的薄膜分布和清晰的輪廓；

（c）移動速度和溶液消耗之間的線性關系；

（d）在1-10 mm s^-1的不同移動速度下，制備的QD薄膜的AFM圖像。

圖四、利用纖維液橋進行溶液轉移的機理示意圖
（a-b）裝置的光學圖像顯示了垂直放置的毛細管和基板之間的距離為H₁；

（c）液體橋在高度H₂（H₂>H₁）穩定時的裝置動畫和光學圖像；

（d）纖維狀液體橋的示意圖顯示了轉移過程中向前和向后方向的不對稱性及印刷出超光滑薄膜的原理。

圖五、綠色、紅色和藍色QLED器件的性能
（a-c）紅色、綠色和藍色QLED器件的亮度-電流密度-電壓（L-J-V）特性；

（d-f）對于效率最高的紅色、綠色和藍色QLED器件，CE和EQE與亮度的關系；

（g-i）隨著驅動電壓的增加，三個彩色QLED器件的EL光譜演化，以及在4 V下工作器件的相應電致發光圖像。

圖六、白色QLED器件的性能
（a）白色QD薄膜的PL圖像；

（b）白色QD薄膜的歸一化EL光譜；

（c）基于多層綠色/紅色/藍色QD薄膜的白色QLED器件的示意圖；

（d）具有高性能的白色QLED器件的L-J-V特性；

（e）對于效率最高的白色QLED，CE和EQE與亮度的關系；

（f）白色QLED歸一化電致發光光譜以及在4 V下工作的設備的相應光學電致發光圖像。

【總結】

綜上所述，作者報道了一種精準、連續且可控的溶液轉移策略，利用纖維液橋引導實現液體的可控轉移，制備得到超光滑QD薄膜。并且，該過程可以實現對溶液的定量控制，即QD溶液的消耗與所制備的薄膜的面積成比例。此外，該技術可以將多種溶液轉移到同一目標區域，從而可以依次印刷超光滑的紅色、綠色和藍色QD熒光薄膜來制備白光薄膜，并且所制備的QLED器件具有相當高的性能。該策略為溶液法制備高性能QLED器件提供了新的思路。

文獻鏈接：Continuous and Controllable Liquid Transfer Guided by a Fibrous Liquid Bridge: Toward High-Performance QLEDs（Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201904610）