CN108727904A - 量子点墨水 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种量子点墨水，包括至少一种量子点材料和至少一种烷基苯类有机溶剂，所述烷基苯类有机溶剂的沸点为180℃‑320℃，所述烷基苯类有机溶剂的结构如结构通式Ⅰ所示：其中，所述R为烷基取代基，所述n为1‑6的正整数，且所有R的碳原子总数≥4。

Description

量子点墨水

技术领域

本发明属于量子点墨水技术领域，尤其涉及一种量子点墨水。

背景技术

半导体量子点发光具有光色纯度高、发光量子效率高、发光颜色可调、使用寿命长等优良特性，这些特点使得以量子点材料作为发光层的量子点发光二极管(QLED)在固态照明、平板显示等领域显示较好的应用前景，受到了学术界以及产业界的广泛关注。

量子点可分散于溶剂中配制成量子点墨水，适用于溶液法制备。量子点的溶液处理特性使得量子点发光层可以通过旋涂、刮涂、喷射、喷墨打印、移印等多种方式制备。喷墨打印(Ink-jet printing)技术近年来在光电子器件制造领域得到广泛的研究和应用，特别是用作平板显示器件、例如有机发光二极管(OLED)和QLED显示制造技术中，被认为是解决高成本和实现大面积的有效途径。喷墨打印技术可以精确地按所需量将量子点材料沉积在设定的位置，沉积形成精密像素薄膜，可以有效解决大尺寸彩色QLED屏的制造难题，降低成本。但是喷墨打印设备和打印工艺对墨水有一定要求，通常需要合适的粘度、表面张力和沸点，这也给墨水配制带来较大的困难。

量子点通常分散在短碳链烷烃或单环芳香烃类等溶剂中，例如辛烷、己烷、甲苯等溶剂，这些溶剂的粘度都比较低，室温条件下粘度都低于1mPa.s，表面张力也比较低。采用这种低粘度的溶剂，喷墨打印过程中墨滴不易控制，且易出现彗星点等问题，不满足喷墨打印工艺要求。目前，也有公司报道了用于打印的量子点墨水。如有公司报道了一种包含纳米粒子的可印刷的墨水制剂的方法，其通过选用合适的墨水溶剂，比如甲苯和十二烷醇，得到了可印刷的纳米粒子墨水及相应的包含纳米粒子的薄膜。有公司报道了一种用于喷墨打印的量子点墨水，这种墨水包含一定浓度的量子点材料、有机溶剂和具有高粘度的醇类聚合物添加剂。还有公司公开了一种包含主体材料、量子点材料和添加剂的量子点墨水制剂。在这些已公开的专利中，为了调控墨水的物理参数，这些量子点墨水都包含有其它的添加剂，如醇类聚合物。而具有绝缘性质的聚合物添加剂不易去除，且这类聚合物的引入，往往会降低量子点薄膜的电荷传输能力，对光电器件的光电性能具有负面影响，限制了其在光电领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子点墨水，旨在解决量子点墨水中含有添加剂，影响量子点薄膜的电荷传输能力的问题。

本发明是这样实现的，一种量子点墨水，包括至少一种量子点材料和至少一种烷基苯类有机溶剂，所述烷基苯类有机溶剂的沸点为180℃-320℃，所述烷基苯类有机溶剂的结构如结构通式Ⅰ所示：

其中，所述R为烷基取代基，所述n为1-6的正整数，且所有R的碳原子总数≥4。

本发明提供的量子点墨水，采用烷基苯类作为有机溶剂，可以避免添加剂的引入，对得到的量子点薄膜电荷传输能力的影响。含有上述特定结构的烷基苯类有机溶剂的量子点墨水，不仅可以使量子点材料在印刷墨水中分散均匀、稳定储存；而且，含有上述特定结构的烷基苯类有机溶剂的量子点墨水，其表面张力在24-50mN/m范围内，在25-35℃条件下的粘度为1-40.0mPa.s，合适的粘度、表面张力能够满足目前喷墨打印机和打印工艺条件的要求，实现量子点材料层的喷墨打印方式，得到具有像素点阵、高分辨率、电致激发的量子点发光层。同时，本发明提供的量子点墨水具有适当的挥发性能(沸点为180℃-320℃)，有机分子可以通过真空蒸发或加热蒸发的方式挥发完全，形成致密排布的量子点膜层，从而有效保证量子点材料间电荷传输，降低阈值电压，提高能效。综上，本发明提供的量子点墨水具有适当粘度、表面张力、分散性能、挥发性能，特别适合喷墨打印制备量子点材料层，如通过喷墨打印方法制备发光二极管中的量子点发光层。

附图说明

图1是将本发明实施例提供的量子点墨水用于喷墨打印设备的应用示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种量子点墨水，包括至少一种量子点材料和至少一种烷基苯类有机溶剂，所述烷基苯类有机溶剂的沸点为180℃-320℃，所述烷基苯类有机溶剂的结构如结构通式Ⅰ所示：

其中，所述R为烷基取代基，所述n为1-6的正整数，且所有R的碳原子总数≥4。

具体的，本发明实施例量子点墨水中，所述烷基苯类有机溶剂可以采用一种或多种，同时，所述量子点材料也可以采用一种或多种。

具体的，所述烷基苯类有机溶剂的结构如结构通式Ⅰ所示，包括一个或多个烷基取代基，且所有的烷基取代基中，R的碳原子总数需≥4。当R的碳原子＜4时，所述烷基苯的沸点低于180℃，不满足喷墨打印工艺要求。

所述烷基苯类有机溶剂的沸点为180℃-320℃。本发明实施例中，基于喷墨打印的需要，溶剂温度过高或过低都不利于形成致密排布的膜层。具体的，当溶剂沸点过低时，印刷油墨在喷墨打印制备膜层的过程中，溶剂挥发，从而影响印刷油墨的整体性能(如分散性能、粘度、表面张力)，无法满足喷墨打印要求；当溶剂沸点过高时，在后续成膜过程中需借助高温才能去除，这样会影响印刷油墨中的溶质成分如量子点材料的性能，如造成量子点的荧光淬灭。本发明实施例提供的合适沸点的所述烷基苯类有机溶剂，具有适于喷墨打印制备量子点材料层时合适的挥发性能，从而有利于形成致密排布的膜层。

本发明实施例中，所述烷基苯类有机溶剂在25℃下的粘度范围为1-40mPa.s，在25℃下的表面张力为24-50mN/m，能够满足目前喷墨打印机、打印工艺对粘度和表面张力的要求，实现量子点材料层的喷墨打印方式，得到具有像素点阵、高分辨率、电致激发的量子点发光层。

具体优选的，本发明实施例中，所述烷基苯类有机溶剂包括1,3,5-三乙基苯、1,2,4-三乙基苯、1-甲基-2-丙基苯、1-甲基-3-丙基苯、1,2-二甲基-3-乙基苯、1,3-二异丙基苯、1,4-二异丙基苯、1,3,5-三异丙基苯、1,4-二正丁基苯、4-叔丁基甲苯、4-叔-丁基邻二甲苯、正戊基苯、异戊基苯、新戊苯、正己基苯、1-甲基-3-己基苯、1-甲基-4-己基苯、1,4-二(2-乙基己基苯)、正庚基苯、正辛基苯、正壬基苯、正癸基苯、十一烷基苯中的至少一种。上述各溶剂可以组合使用，且组合使用时，其组合形式和添加比例可以任意设置。

本发明实施例中，为了赋予所述量子点墨水合适的分散性能、粘度和表面张力，以使得得到的量子点墨水更适用于喷墨打印制备量子点材料膜层。优选的，以所述量子点墨水的重量百分含量为100％计，所述烷基苯类有机溶剂的重量百分含量为80％-99.9％。具体的，所述烷基苯类有机溶剂的重量百分含量可为80％、85％、90％、95％、99.9％。

所述量子点材料作为所述量子点墨水的基体组分，可以是II-IV族半导体化合物、III-V族半导体化合物、IV-VI族半导体化合物、I-II-VI2族半导体纳米晶中的至少一种。具体的，所述II-IV族半导体化合物包括但不限于CdS、CdSe、CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS中的至少一种；所述III-V族半导体化合物、所述IV-VI族半导体化合物包括但不限于GaAs、InP、PbS/ZnS、PbSe/ZnS中的至少一种。

所述量子点材料的组成形式不受限制，可以为掺杂或非掺杂的量子点材料，其中，掺杂指的是所述量子点材料的内部还含有其他掺杂元素。其中，所述量子点的配体包括酸配体、硫醇配体、胺配体、(氧)膦配体、磷脂、软磷脂、聚乙烯基吡啶等中的至少一种。作为具体实施例，所述酸配体为十酸、十一烯酸、十四酸、油酸、硬脂酸中的至少一种；所述硫醇配体为八烷基硫醇、十二烷基硫醇、十八烷基硫醇中的至少一种；所述胺配体包括油胺、十八胺、八胺中的至少一种；所述(氧)膦配体为三辛基膦、三辛基氧膦的至少一种。

本发明实施例中，所述量子点的结构类型不受限制，可采用均一混合类型、梯度混合类型、核-壳类型或联合类型。

本发明实施例所述量子点材料印刷适用于喷墨打印量子点发光层，当所述量子点墨水中水含量较高时，由于水难于挥发或去除，容易在所述量子点油墨中残留，进而影响形成的所述量子点发光层的性能。有鉴于此，本发明实施例所述量子点优选为油溶性量子点。

作为具体优选实施例，所述量子点的平均尺寸为2-20nm。

以所述量子点油墨的总重为100％计，所述量子点的优选重量百分含量为0.01-20.0％，作为具体实施例，所述量子点的用量可为0.01％、0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1.0％、2.0％、4.0％、5.0％、8.0％、10.0％、12.0％、15.0％、18.0％、20.0％等具体数值含量。进一步的，作为优选实施例，所述量子点的重量百分含量为0.5-10％。

本发明实施例中，可以仅以所述烷基苯类有机溶剂作为量子点墨水的唯一溶剂，也可以在采用烷基苯类有机溶剂的基础上，添加辅助有机溶剂形成混合溶剂，来调节量子点墨水的分散性能与粘度的平衡。

为了进一步调节所述量子点墨水的粘度和表面张力，除了量子点材料和烷基苯类有机溶剂外，还可以加入小分子有机醇。优选的，所述量子点墨水还包括分子量≤540的小分子有机醇。所述小分子有机醇可以用真空干燥或加热干燥等方法从溶剂体系中蒸发。

具体优选的，所述小分子有机醇包括环戊醇、环戊基甲醇、2-环戊烷乙醇、2-甲基环戊醇、苯甲醇、苯乙醇、甲基环己醇、2-甲基环己醇、3-甲基环己醇、4-甲基环乙醇、环己甲醇、环己乙醇、2-苯基乙醇、2-己基-3-辛基-4,5-二羟辛基环己烷。

本发明实施例提供的量子点墨水的粘度，通过所述烷基苯类有机溶剂的用量和具体类型进行调控。本发明实施例提供的量子点墨水，在25℃条件下的粘度为1-40mPa.s，具体可为1mPa.s、5mPa.s、10mPa.s、15mPa.s、20mPa.s、25mPa.s、30mPa.s、35mPa.s、40mPa.s。所述量子点墨水的表面张力为24.0-50.0mN/m，从而在喷墨打印过程中能够流畅地从打印喷头释放，且具有较好的成膜特性。具体的，述量子点墨水的表面张力可为24.0mN/m、25.0mN/m、30.0mN/m、35.0mN/m、40.0mN/m、45.0mN/m、50.0mN/m。

本发明实施例提供的量子点墨水，所述烷基苯类有机溶剂在喷墨打印的后处理过程中可以通过加热和/或真空方式去除，不会影响喷墨打印制备得到的量子点材料膜层，如量子点发光层。

作为一个具体实施例，所述量子点墨水由红色CdSe/ZnS量子点和1,3,5-三异丙基苯组成，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述1,3,5-三异丙基苯的重量百分含量为90％，所述红色CdSe/ZnS量子点的重量百分含量为10％。

作为另一个具体实施例，所述量子点墨水由绿色CdZnSe/CdZnS量子点和正己基苯组成，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述正己基苯的重量百分含量为90％，所述绿色CdZnSe/CdZnS量子点的重量百分含量为10％。

作为又一个具体实施例，所述量子点墨水由绿色CdZnSe/CdZnS量子点和混合溶剂组成，所述混合溶剂为正己基苯和3-甲基环己醇组成的混合溶剂，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述正己基苯的重量百分含量为45％，所述3-甲基环己醇的重量百分含量为45％，所述绿色CdZnSe/CdZnS量子点的重量百分含量为10％。

结合图1，本发明实施例所述量子点墨水可以通过喷墨打印设备实现其应用，可用于制作电子器件，特别是量子点发光二极管显示屏。具体的，喷墨打印基本工作原理是在控制器的控制下将墨水从微小的喷嘴喷射出而在承印物上的指定位置着落，最后形成预先设计好的图案。如图1所示，密封容器120所承载本发明实施例提供的量子点墨水100，在打印控制器200的驱动下，通过打印喷嘴110将量子点墨水100喷射到能够X、Y方向运动的载物台240上的基板130上，形成特定的图案，其中，载物台240置于有打印控制器200载物平台驱动上。图中210是正压发生器，在打印控制器的控制下，通过管道220通入密闭容器120中，以驱动墨水通过输液管140到达喷嘴110。图中300是支架，用于固定支撑喷嘴110、密闭容器120、载物台240等。

本发明实施例提供的量子点墨水，采用烷基苯类作为有机溶剂，可以避免添加剂的引入，对得到的量子点薄膜电荷传输能力的影响。含有上述特定结构的烷基苯类有机溶剂的量子点墨水，不仅可以使量子点材料在印刷墨水中分散均匀、稳定储存；而且，含有上述特定结构的烷基苯类有机溶剂的量子点墨水，其表面张力在24-50mN/m范围内，在25-35℃条件下的粘度为1-40.0mPa.s，合适的粘度、表面张力能够满足目前喷墨打印机和打印工艺条件的要求，实现量子点材料层的喷墨打印方式，得到具有像素点阵、高分辨率、电致激发的量子点发光层。同时，本发明实施例提供的量子点墨水具有适当的挥发性能(沸点为180℃-320℃)，有机分子可以通过真空蒸发或加热蒸发的方式挥发完全，形成致密排布的量子点膜层，从而有效保证量子点材料间电荷传输，降低阈值电压，提高能效。综上，本发明实施例提供的量子点墨水具有适当粘度、表面张力、分散性能、挥发性能，特别适合喷墨打印制备量子点材料层，如通过喷墨打印方法制备发光二极管中的量子点发光层。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

一种量子点墨水，由红色CdSe/ZnS量子点和1,3,5-三异丙基苯组成，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述1,3,5-三异丙基苯的重量百分含量为90％，所述红色CdSe/ZnS量子点的重量百分含量为10％。

一种量子点材料薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S11.按照上述量子点墨水的配方称取各组分；

S12.提供500mL单口烧瓶，在搅拌的情况下，依次添加红色CdSe/ZnS量子点和1,3,5-三异丙基苯，搅拌混合60min，得到量子点墨水。

采用该组合配制的量子点墨水的粘度为3.6～4.2mPa.s，表面张力为28～32mN/m。

实施例2

一种量子点墨水，由绿色CdZnSe/CdZnS量子点和正己基苯组成，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述正己基苯的重量百分含量为90％，所述绿色CdZnSe/CdZnS量子点的重量百分含量为10％。

一种量子点材料薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S21.按照上述量子点墨水的配方称取各组分；

S22.提供500mL高密度聚乙烯瓶，在搅拌的情况下，依次添加绿色CdZnSe/CdZnS量子点和正己基苯，搅拌混合60min，得到量子点墨水。

采用该组合配制的量子点墨水的粘度为1.6～2.2mPa.s，表面张力为29～33mN/m。

实施例3

一种量子点墨水，由绿色CdZnSe/CdZnS量子点和混合溶剂组成，所述混合溶剂为正己基苯和3-甲基环己醇组成的混合溶剂，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述正己基苯的重量百分含量为45％，所述3-甲基环己醇的重量百分含量为45％，所述绿色CdZnSe/CdZnS量子点的重量百分含量为10％。

一种量子点材料薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S31.按照上述量子点墨水的配方称取各组分；

S32.提供500mL高密度聚乙烯瓶，在搅拌的情况下，依次添绿色CdZnSe/CdZnS量子点和正己基苯，搅拌混合60min后，加入3-甲基环己醇，得到量子点墨水。

采用该组合配制的量子点墨水的粘度为4.0～5.0mPa.s，表面张力为26～31mN/m。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种量子点墨水，其特征在于，包括至少一种量子点材料和至少一种烷基苯类有机溶剂，所述烷基苯类有机溶剂的沸点为180℃-320℃，所述烷基苯类有机溶剂的结构如结构通式Ⅰ所示：

其中，所述R为烷基取代基，所述n为1-6的正整数，且所有R的碳原子总数≥4。

2.如权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述烷基苯类有机溶剂包括1,3,5-三乙基苯、1,2,4-三乙基苯、1-甲基-2-丙基苯、1-甲基-3-丙基苯、1,2-二甲基-3-乙基苯、1,3-二异丙基苯、1,4-二异丙基苯、1,3,5-三异丙基苯、1,4-二正丁基苯、4-叔丁基甲苯、4-叔-丁基邻二甲苯、正戊基苯、异戊基苯、新戊苯、正己基苯、1-甲基-3-己基苯、1-甲基-4-己基苯、1,4-二(2-乙基己基苯)、正庚基苯、正辛基苯、正壬基苯、正癸基苯、十一烷基苯中的至少一种。

3.如权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点材料占量子点墨水总重量的0.01-20％；和/或

所述烷基苯类有机溶剂占量子点墨水总重量的80-99.9％。

4.如权利要求1-3任一所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点墨水还包括分子量≤540的小分子有机醇。

5.如权利要求4所述的量子点墨水，其特征在于，所述小分子有机醇包括环戊醇、环戊基甲醇、2-环戊烷乙醇、2-甲基环戊醇、苯甲醇、苯乙醇、甲基环己醇、2-甲基环己醇、3-甲基环己醇、4-甲基环乙醇、环己甲醇、环己乙醇、2-苯基乙醇、2-己基-3-辛基-4,5-二羟辛基环己烷。

6.如权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点墨水在25℃条件下的粘度为1-40mPa.s。

7.如权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点墨水在25℃条件下的表面张力为24-50mN/m。

8.如权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点墨水由红色CdSe/ZnS量子点和1,3,5-三异丙基苯组成，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述1,3,5-三异丙基苯的重量百分含量为90％，所述红色CdSe/ZnS量子点的重量百分含量为10％。

9.如权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点墨水由绿色CdZnSe/CdZnS量子点和正己基苯组成，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述正己基苯的重量百分含量为90％，所述绿色CdZnSe/CdZnS量子点的重量百分含量为10％。

10.如权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点墨水由绿色CdZnSe/CdZnS量子点和混合溶剂组成，所述混合溶剂为正己基苯和3-甲基环己醇组成的混合溶剂，且以所述量子点墨水总重量为100％计，所述正己基苯的重量百分含量为45％，所述3-甲基环己醇的重量百分含量为45％，所述绿色CdZnSe/CdZnS量子点的重量百分含量为10％。