利用纳米压印技术图案化量子点层

摘要

量子点由于其所展现出来的高量子产率，窄发射，宽吸收，光谱可调，稳定性高和光致发光效率高等诸多优点引起了广大学者的普遍关注。量子点薄膜尤其是具有大面积有序纳米结构的量子点薄膜在电致发光器件，全彩色LED显示器件，有机/无机太阳能电池，生命科学等方面均具有重要应用。
　　近年来，通过传统的光刻技术——电子束刻蚀技术已经能够制备出二维和三维的图案化量子点薄膜，但是其制备工艺复杂，成本昂贵，并且分辨率和产量之间无法兼顾。因此，一种简单方便、可以实现大面积、形貌及结构可控的图案化量子点薄膜的方法显得尤为重要。目前，图案化量子点薄膜的方法主要有：纳米压印技术、电子束刻蚀技术、微接触印刷、分子自组装等，这些纳米加工技术在图案化量子点薄膜方面各有优劣。纳米压印技术和软光刻技术的兴起和发展，使得大面积的具有100 nm以下分辨率的图案化量子点薄膜实现了高效率的制备。利用这种方法，具有条形、环形、点阵纳米结构的量子点薄膜也被成功制备出来。纳米压印技术这一方法在制备过程，制备成本等方面表现出了诸多优势。因此，本文主要利用纳米压印技术中的热压印和紫外压印，并结合模板修饰，二次压印等方法制备了大面积，结构有序，形貌致密的二维和三维图案化量子点薄膜。并得出了模板修饰后，图案化量子点薄膜的形貌质量和其荧光强度大幅提高与图案化结构有关的结论。本文主要从以下几个方面展开工作：
　　1、利用热压印技术实现图案化量子点层的制备：首先选取合适的量子点溶液的浓度15 mg/ml以及甲苯为量子点分散溶剂，以确保旋涂量子点薄膜的成膜质量。其次利用旋涂的方法在ITO基底上旋涂量子点薄膜，通过调控旋涂的转速及时间来适当调整量子点薄膜的厚度及均一致密性，最终确定2000 r/min的旋涂条件以配合后续量子点薄膜的图案化。最后采用纳米压印技术中的热压印技术实现量子点薄膜在ITO基底上的图案化。
　　2、通过模板修饰实现图案化量子点薄膜的结构优化：为了制备出大面积，结构有序，质量均一的图案化量子点薄膜，我们对纳米压印技术热压印过程中使用的 PDMS软模板进行表面修饰，采用浓度为5 mol/L的氟化铵溶液与氢氟酸溶液按6:1的体积比混合后对PDMS表面进行处理，再实施热压印过程。模板修饰后模板的表面能减小，使得在压印结束后模板与基底分离过程中，由于模板与基底的粘附力减小，从而大大减少了模板本身带走的量子点数量。提高图案化量子点薄膜成功率的同时，优化了图案化量子点层的形貌结构，最终得到结构有序，质量均一的图案化量子点薄膜。
　　3、利用紫外压印技术实现图案化量子点层的制备：我们借助NOA61型光刻胶的特殊性能——光敏性在纳米压印技术中的紫外压印模式下，将其与量子点以不同质量比混合，含量从1:1改变到1:9，在量子点薄膜图案化成功实现的前提下，尽量减少光刻胶的含量，在优化图案化量子点薄膜表面平整致密性的同时选择合适的旋涂速度。最终采用光刻胶与量子点溶液以1:9的质量比混合后，在4000 r/min的转速下旋涂于ITO基底上，在功率为8瓦的紫外光源照射下固化15 min完成紫外压印。在此条件下制备的图案化量子点薄膜相比热压印技术在保留了大面积、高效率的优点之外其结构更加分明，形貌更加均一。此外通过对模板旋转90°实施二次压印，我们还实现了三维结构的图案化量子点薄膜的制备，并且发现相较于平膜结构的量子点薄膜，图案化结构的量子点薄膜具有更高的荧光性能，其中三维结构的图案化量子点薄膜荧光性能最高，可达到平膜结构的3.8倍。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 量子点的基本理论

1.3 图案化量子点层的制备技术

1.4 图案化量子点层的应用

1.5 目前存在的主要问题

1.6 论文研究的目的、思路及主要内容

参考文献

第二章 热压印技术制备图案化量子点层

2.1引言

2.2 实验

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 通过模板修饰实现图案化量子点层形貌的优化

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

参考文献

第四章 紫外压印技术制备图案化量子点层及其光学性质的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间发表和已完成的论文与工作

致谢