Nanomateriales fotoluminiscentes no tóxicos de tipo líquido para diodo emisor de luz blanca de alta calidad de color

Resumen

Los diodos emisores de luz blanca (w-LED) de alto brillo con una excelente calidad de color se demuestran mediante el uso de nanomateriales no tóxicos. Anteriormente, hemos informado los w-LED de alta calidad de color con fósforo de metales pesados y puntos cuánticos (QD), que pueden causar riesgos ambientales. En el presente trabajo, los LED blancos de tipo líquido compuestos de materiales no tóxicos, denominados puntos cuánticos de silicio poroso y grafeno, se fabrican con una ganancia de valor de índice de reproducción cromática (CRI) alta de hasta 95. La estructura del dispositivo de tipo líquido posee una temperatura de superficie minimizada y un valor un 25% más alto de eficiencia luminosa en comparación con la estructura de tipo dispensador. Además, el dispositivo preparado es respetuoso con el medio ambiente y se atribuye a una baja toxicidad. Se conjeturaba que la baja toxicidad y los altos valores del componente R9 (87) producirían métodos nuevos o mejorados para la aplicación de bioimágenes.

Antecedentes

Los diodos emisores de luz (LED) han ganado una atención considerable debido a sus propiedades de larga duración, alta eficiencia y ahorro de energía que lo convierten en el mejor candidato para la iluminación de estado sólido. Los chips LED blancos (WLED) basados en GaN han demostrado grandes mejoras en la eficiencia debido al progreso de la fabricación [1, 2, 3]. La tecnología de puntos cuánticos (QD) a base de nitruro de GaN se ha vuelto muy adecuada para diversas aplicaciones, como pantallas, iluminación de diodos emisores de luz (LED) y etiquetado biomédico. En particular, numerosos estudios han demostrado un excelente uso de QD en la fabricación de LED blancos [4, 5, 6]. Los rasgos característicos de los QD, como su estrecho ancho de línea de emisión, alto rendimiento cuántico y banda prohibida sintonizable dependiente del tamaño, los convirtieron en excelentes candidatos para la tecnología LED [7,8,9,10,11]. Los QD de semiconductores II-VI más comunes, como los núcleos compuestos de cadmio y selenio (por ejemplo, CdZnS, CdSe, CdZnSe y ZnSe) con LED basados en una o varias carcasas, tienen una alta eficiencia luminosa [12]. Sin embargo, el elevado coste de síntesis y la toxicidad por metales pesados de estos materiales QD dificultan su producción a gran escala y suscitan preocupaciones sobre la contaminación medioambiental [13]. Los materiales alternativos basados en silicio (Si) y carbono, como el grafeno, son preferibles no tóxicos y respetuosos con el medio ambiente para los seres humanos. Además, los QD incorporados con Si exhiben una emisión de luz significativa con altas eficiencias de fotoluminiscencia (PL) bajo un fuerte confinamiento [14, 15, 16, 17, 18].

Los puntos cuánticos de óxido de grafeno (GQD) poseen el dominio sp2 como intermediario de movilidad de transporte, así como átomos de carbono y oxígeno hibridados sp3 desordenados. Por lo tanto, las longitudes de onda de emisión se pueden modular de azul a verde debido a la presencia de estos estados de borde desordenados que contienen oxígeno [19,20,21,22]. Las emisiones fluorescentes sintonizables de QD se pueden aprovechar para aplicaciones en dispositivos como LED, fotodiodos, fotodetectores, bioimágenes y células fotovoltaicas [23, 24, 25]. Además de la funcionalización con oxígeno de las GQD, el dopaje con nitrógeno puede producir una emisión estable a través de la formación de enlaces covalentes con el carbono sp2 en la cadena aromática. Se han desarrollado GQD dopadas con nitrógeno que exhiben conductividades de tipo py n, como se confirmó mediante el análisis electroquímico de Mott-Schottky [26]. Los principales enfoques para sintetizar GQD se pueden clasificar como técnicas de arriba hacia abajo o de abajo hacia arriba. En comparación con el enfoque ascendente, el enfoque descendente para la producción de GQD es más preferible para la producción en masa, ya que no requiere tediosos pasos de purificación para eliminar las moléculas precursoras sin reaccionar. Sin embargo, el enfoque de arriba hacia abajo produce un rendimiento cuántico más bajo (menos del 50%) de GQD que el enfoque de abajo hacia arriba [27, 28]. Como resultado, se requieren varias optimizaciones en los procesos de fabricación de arriba hacia abajo de GQD, como el control de tamaño, el dopaje químico o la modificación de la superficie. El presente estudio demuestra un método de GQD dopado con nitrógeno para reparar los defectos que ocurren durante un proceso de arriba hacia abajo. Algunas funcionalidades de nitrógeno donante de electrones se pueden incorporar en los GQD y tratamientos hidrotermales con NH ₃ para evitar la formación de grupos que contienen carbono que podrían complicar el análisis de las funcionalidades del nitrógeno [29].

En este estudio, los estudios de fotoluminiscencia (PL) de LED basados en QD no tóxicos se han demostrado mediante el uso de GQD y QD de Si (P-Si) poroso. Los LED QD basados en PL ofrecen un enfoque de fabricación simple y de bajo costo sobre los LED QD electroluminiscentes (EL) [30, 31]. Los GQD dopados con nitrógeno se utilizaron para fabricar LED blancos neutros no tóxicos. Sin embargo, la mayoría de los GQD emitían luz de longitud de onda corta (azul y verde) bajo excitación ultravioleta (UV). Esto se debe al efecto de confinamiento cuántico (<10 nm) que es normal al plano del grafeno y el desplazamiento de las emisiones hacia longitudes de onda más largas ajustando los tamaños de los cristales de grafeno fue difícil [32]. Por lo tanto, se incrustaron QD de Si en las superficies de nanopartículas de P-Si, cuyos defectos produjeron fluorescencia [33]. Los nanocristales de P-Si pueden exhibir emisiones de longitud de onda larga para compensar la ausencia de bandas de longitud de onda larga en los espectros de emisión de GQD y, por lo tanto, pueden producir luz blanca cálida. Según el estudio de la literatura, el grupo de L. T. Canham contribuyó sustancialmente a las investigaciones de las capas de Si mesoporosas con alta porosidad para la fotoluminiscencia visible (roja) a temperatura ambiente [34]. La fabricación de P-Si QD se puede clasificar en dos enfoques, de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo, similar a los procesos de fabricación de GQD. Este estudio selecciona un enfoque de arriba hacia abajo para fabricar los QD de P-Si porque es adecuado para la producción en masa. Finalmente, estos dos tipos de estructuras de dispositivos LED blanco neutro y blanco cálido se fabricaron mediante el uso de procesos de dispensación y empaque de tipo líquido exhibieron un índice de reproducción cromática (CRI) excelente y valores de eficiencia luminosa y también produce [34,35,36].

Métodos y materiales

Síntesis de GQD dopadas con nitrógeno

Primero, se prepararon láminas de óxido de grafeno (GO) utilizando polvo de grafito natural (SP-1, Bay Carbon, EE. UU.) Mediante el método Hummers, que se puede explicar de la siguiente manera [36]:5 g de polvo de grafito, NaNO ₃ y KMnO ₄ se mezclaron en una proporción de 2:1:3 en 150 ml de H ₂ 18 M SO ₄ y la temperatura de la mezcla se mantuvo por debajo de 20 ° C. El grafito se oxidó mediante agitación continua de la mezcla a 35 ° C durante 4 h, tras lo cual se añadieron lentamente 230 ml de agua con agitación a 98 ° C durante 15 min. Posteriormente, 12 mL de H ₂ O ₂ Se añadió a la mezcla con agitación continua a temperatura ambiente, y el producto se lavó varias veces para obtener láminas GO. Las láminas de GO obtenidas se doparon con nitrógeno oxidándolas en 30 mL de NH ₃ (Concentración del 60%) a 500 ° C durante 12 h. Luego, la mezcla resultante se agitó ultrasónicamente durante 10 horas y se mantuvo a 140 ° C para eliminar el HNO ₃ residual. . El producto final se dispersó en agua desionizada y se centrifugó para eliminar el precipitado. Como resultado, obtuvimos las suspensiones de puntos de óxido de grafeno-nitrógeno (NGOD) [37]. Estas suspensiones se tamizaron utilizando tubos de centrifugación (VS20S01 y VS15RH91, Satorius, Alemania) para obtener GQD. Los tubos de centrifugación se equiparon con filtros de polietersulfona con pesos moleculares de corte de 30, 10 y 3 kDa para producir GQD3, GQD2 y GQD1, respectivamente. La suspensión de GQD se pasó a través de membranas dispuestas en una secuencia de tamaño de poro decreciente y se recogió en etapas seriadas para obtener GQD de diferentes tamaños.

Fabricación de nanopartículas de P-Si QD

Las nanopartículas coloidales de P-Si QD dispersas en acetato de etilo se sintetizaron como se describe en nuestro estudio recientemente publicado [36, 37, 38]. En primer lugar, se grabó electroquímicamente una oblea de Si de tipo p de 6 pulgadas para producir una capa de P-Si, en la que se unieron grupos de QD de P-Si nanométricos (<5 nm) a núcleos de Si de tamaño micro (1-10 μm). La oblea de Si se trató con fluoruro de hidrógeno (HF) diluido y se sumergió inmediatamente en 10-undecen-1-ol desoxigenado (UDA) para completar una reacción de hidrosililación fotoquímica en la que el doble enlace insaturado terminal de UDA reaccionaba con hidruro de Si (Si-H ), lo que da como resultado una pasivación de carboxilato unido a Si-C en P-Si QD. Posteriormente, la capa de P-Si se pulverizó mecánicamente y el polvo de Si resultante se dispersó en isopropanol para un molido de bolas de alta energía. El coloide recuperado de la molienda se atacó selectivamente usando un grabador acuoso compuesto de HNO ₃ y HF para eliminar los núcleos de Si en masa no radiantes cubiertos con el óxido de Si mientras que en su mayor parte se conservan los QD de PL P-Si con la pasivación de carboxilato unido a Si-C. Este paso produjo aproximadamente 25 mg por oblea de nanopartículas de P-Si QD terminadas en hidroxilo que emiten rojo (el Si QD real es de alrededor de 10 nm, aproximadamente de 40 nm a 500 nm de diámetro) con alta monodispersidad y alta eficiencia cuántica de PL (45– 55%). Finalmente, los grupos hidroxilo de las nanopartículas de P-Si QD se activaron usando cloruro de p-toluenosulfonilo y luego se hicieron reaccionar por sustitución con 2,2 '- (etilendioxi) dietanetiol para producir nanopartículas de P-Si QD terminadas en tiol. Las nanopartículas de P-Si QD resultantes formaron una suspensión uniforme y estable en acetato de etilo, que se utilizó para la caracterización óptica [38].

Fabricación de dispositivos

Se utilizaron dos tipos de estructuras anfitrionas, es decir, la estructura de dispensación y la estructura de tipo líquido, para fabricar LED blancos GQD y GQD / P-Si QD. Las estructuras fabricadas se bombearon mediante UV de 45 mm (365 nm). Al principio, se prepararon GQD dopadas con nitrógeno (% en peso en agua) con diferentes emisiones (azul, verde azulado y chartreuse) y se indicaron como GQD1, GQD2 y GQD3, respectivamente. Luego, se mezclaron GQD1, GQD2 y GQD3 en diferentes proporciones (por ejemplo, 4:1:2) para determinar la composición óptima para obtener emisiones blancas neutras; Se utilizó como referencia el LED preparado con la solución GQD y el paquete dispensador 5070. Se prepararon QD de P-Si y se mezclaron con GQD1, GQD2 y GQD3 (GQD1:GQD2:GQD3:P-Si QD =4:1:2:10) para fabricar LED blancos como fuentes de luz blanca cálida. Nuestro estudio anterior confirmó que la estructura de tipo líquido es más favorable que la estructura convencional [35]. En este estudio, diseñamos una nueva estructura de tipo líquido para fabricar LED blancos GQD y GQD / P-Si QD. Los LED de color blanco neutro de tipo líquido GQD se fabricaron de la siguiente manera:Al principio, utilizamos un anillo de vidrio de 2,5 mm de altura con diámetros exterior e interior de 8 mm y 6 mm, respectivamente. Después de eso, perforamos un pequeño agujero en la superficie superior del anillo de vidrio. Finalmente, se ensambló una caja de vidrio apilando dos placas de vidrio delgadas con el anillo de vidrio en el medio (Fig. 1a). El espacio dentro de la caja de vidrio se dejó vacío para promover el flujo de aire. Finalmente, se inyectó la solución GQD / P-Si QD en la caja de vidrio para producir el paquete de tipo líquido. Los QD se inyectaban a través del orificio de vidrio y lo volvían a sellar con una placa de vidrio. El paquete QD de tipo líquido se colocó encima de un paquete LED UV 5070 (5 mm x 7 mm) y la longitud de onda de emisión fue de 365 nm. El espectro de la curva LIV indicó que el voltaje de encendido era de aproximadamente 3 V, lo que se muestra en la Fig. 4c. Para la fabricación del paquete de dispensación, se aplicó el proceso de LED QD de dispensación convencional [34, 39]. En caso de dispensar el enfoque del paquete QD, en primer lugar mezclamos el PMMA y los QD para producir la estructura solidificada en el paquete LED. Para esto, llenamos la mitad del pegamento de silicona en el paquete para mantener alejada la mezcla QD de la fuente de calor (blue chip) y evitar la degradación QD. Después de eso, la relación de volumen de nuestra muestra de dispensación se tomó como 2:1 de mezcla QD / PMMA, y luego se distribuyó la lechada para llenar el espacio restante en el paquete. Después de eso, la estructura final se mantuvo a 60 ° C durante 2-3 min para solidificar, de esta manera, la película de mezcla de PMMA / QD se ha depositado en el paquete de LED.

Panel superior: a (izquierda) conjunto de paquete de vidrio que muestra un P-Si QD de tipo líquido y un GQD dopado con nitrógeno y (derecha) una red de P-Si QD y GQD dopado con nitrógeno. Panel inferior:espectros de absorción (línea continua negra), excitación PL (línea discontinua) y emisión PL (línea continua) de b GQD1, c GQD2, d GQD3 y e P-Si QD

Resultados y discusión

La Figura 1a ilustra la red de P-Si QD (panel izquierdo) y GQD dopados con nitrógeno (panel derecho) y el paquete de LED QD de tipo líquido. Los QD de P-Si con bio-sondas se pueden fabricar utilizando nuevos métodos de arriba hacia abajo, ejemplos de los cuales incluyen el grabado electroquímico en una oblea de Si cristalina [38, 40]. La Figura 1b-e representa los espectros de absorción, excitación PL y emisión de GQD1, GQD2, GQD3 y P-Si QD. Las líneas discontinuas negras y rojas indican los espectros de absorción y excitación de los QD, respectivamente. Los espectros PL de los QD investigados cubrieron una amplia porción de la región visible. Los valores de ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) de GQD1, GQD2, GQD3 y P-Si QD fueron aproximadamente 370, 325, 330 y 250 nm de longitud de onda, respectivamente. Las fuertes bandas de emisión se observaron a 465 y 488 nm para GQD1 y a 535 nm para GQD2 después de una excitación de 327 nm. Se observó un pico de longitud de onda de emisión a 557 nm atribuido a GQD3 para dos picos de excitación fuertes (311 y 465 nm), y se despertó un pico de emisión fuerte a 606 nm de P-Si QD debido al pico de excitación a 374 nm. Se puede representar a partir de los resultados de PL que una bomba de onda corta era la fuente de excitación preferida porque la absorción y excitación de todas las luminarias eran más fuertes en la región UV. Por lo tanto, se eligió un LED UV de 365 nm como fuente adecuada para lograr una alta eficiencia de conversión en los QD investigados. Los rendimientos cuánticos de GQD1, GQD2, GQD3 y P-Si QD a 365 nm de excitación fueron de aproximadamente 1,4%, 1%, 9,1% y 50%, respectivamente. El resultado muestra que la mayoría de los NP de GQD eran monocapa o bicapa, y los QD de P-Si tenían un tamaño aproximado de 40 a 500 nm, lo que indica una estructura compuesta multicapa. La Figura 2a, b representa la microscopía electrónica de transmisión (TEM) y las imágenes TEM de alta resolución que aclaran la morfología y la estructura cristalina de la mezcla GQD. Se encontró que el tamaño de los QD de grafeno era de 5 nm, lo que corresponde al espaciado del plano (\ (1 \ overline {1} 00 \)) y un espaciado reticular de 0,22 nm [41]. La Figura 2c es una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) que muestra la vista superior de las partículas de Si. El tamaño de las partículas estaba aproximadamente en el rango de 40 a 500 nm. Además, los pocos QD de P-Si se encontraron aproximadamente a 10 nm de tamaño en las superficies de las partículas de Si.

Imágenes de microscopía electrónica de transmisión y microscopía electrónica de barrido de NP. un Morfología de la mezcla de grafeno QD con un tamaño de partícula de aproximadamente 5 nm, caracterizada mediante a TEM y b TEM de alta resolución. c Imagen SEM (vista superior) de las partículas de silicio de 40 nm a 500 nm

Los LED que emitieron luz blanca de alta calidad en este estudio se componen de varios nanomateriales con diferentes picos de emisión para cubrir una amplia gama de colores. Para investigar la monocromaticidad de estos materiales emisores, los paquetes de LED de tipo líquido GQD1, GQD2, GQD3 y P-Si QD se bombearon utilizando un chip UV de 365 nm, y sus espectros de emisión se registraron en la Fig. 3. Los espectros de GQD1 exhibió un pico de emisión a 440 nm y cubrió una gran parte de la región de longitud de onda azul para producir rayos azules como se muestra en la Fig. 3a. La región de longitud de onda azul en el espectro de GQD2 era ligeramente más pequeña que la de GQD1. En consecuencia, el GQD2 de tipo líquido emitió luz verde azulado con un pico de emisión a 538 nm (Fig. 3b). Los espectros de emisión de GQD3 de tipo líquido tenían un pico amarillo fuerte (550 nm), lo que provocó que GQD3 emitiera luz chartreuse que se muestra en la Fig. 3c. Después del bombeo UV, la Fig. 3d muestra que el paquete P-Si QD de tipo líquido emitió rayos anaranjados con un pico fuerte ubicado a 636 nm. La monocromaticidad de los LED QD demostró diferentes longitudes de onda con cambios notables para el análisis PL (comparar con la Fig. 1b – d). La principal causa de las diferentes longitudes de onda de emisión fue la diferente fuente de bombeo. Se utilizó un LED UV de 365 nm como fuente de iluminación de excitación; esto implicó una longitud de onda de excitación de 327 nm para GQD1 y GQD2, una longitud de onda de 311 nm para GQD3 y una longitud de onda de 374 nm para P-Si QDs [42, 43]. Después de formar mezclas compuestas, todos los QD de grafeno y P-Si exhibieron amplias bandas espectrales que generaron luz blanca de alta calidad con altos valores de CRI.

Espectros del paquete LED QD monocromático de tipo líquido para a GQD1, b GQD2, c GQD3 y d P-Si QD a una corriente de 60 mA

La Figura 4a, b muestra los espectros de los LED PL QD blancos de dispensación y de tipo líquido a 60 mA. El LED de tipo líquido GQD proporcionó luz blanca neutra a una temperatura de color correlacionada (CCT) de 5600 K con una eficiencia luminosa de aproximadamente 20,3 lm / W; los espectros de emisión consisten en un pico centrado a 548 nm aproximadamente. El dispositivo LED de tipo líquido GQD / P-Si QD proporcionó una luz blanca cálida con un CCT de 3900 K y una eficiencia luminosa de aproximadamente 19,1 lm / W con un pico de emisión ubicado a 625 nm en la Fig. 4a. Las muestras de dispensación fabricadas utilizando la solución GQD y las mezclas GQD / P-Si QD exhibieron valores de CCT de 6300 y 4300 K y se obtuvieron picos de emisión a aproximadamente 642 nm y 611 nm de longitud de onda, respectivamente. Los valores de eficiencia luminosa obtenidos fueron de 16,2 lm / W y 14,5 lm / W para los LED blancos neutros GQD y GQD / P-Si QD para los LED blancos cálidos, respectivamente. En comparación con la muestra de tipo líquido, los picos de emisión de PL de las muestras de dispensación se desplazan hacia el rojo debido a la autoagregación QD, que se debe a la ausencia de una solución portadora [44,45,46]. Además, las partículas pequeñas se agregan en partículas más grandes, diversificando la transferencia de energía [47,48,49,50]. Por otro lado, el uso de una mezcla de QD puede causar la transferencia de energía no intencionada entre diferentes QD de color. El excelente CRI de un LED blanco podría ser modulado por el fenómeno de transferencia de energía, pero provocó la reducción luminosa [51]. Si esperábamos evitar la transferencia de energía involuntaria, la estructura lado a lado del LED QD de tipo líquido fabricado mediante impresión podría planificarse en el futuro, lo cual se refirió a la investigación de M. K. Choi et al [52]. Los espectros de la curva LIV de w-LED no tóxicos se representan en la Fig. 4c. La luminancia de salida máxima de los w-LED fue de aproximadamente 552 cd / m ² a 230 mA para el CQD w-LED de tipo líquido, y las muestras de dispensación tenían valores de luminancia más bajos. El voltaje de encendido fue de aproximadamente 3 V y todas las muestras se activaron con una potencia de entrada similar. La Figura 4d presenta el CRI de la dispensación de GQD / P-Si QD y las muestras de tipo líquido a valores de inyección de corriente que oscilan entre 1 y 300 mA. El paquete de tipo líquido era más estable e impedía la autoagregación y el corrimiento espectral al rojo, que mantenía el CRI. Modificamos la proporción de mezcla QD para lograr esta excelente calidad de color. Los LED de tipo líquido de color blanco cálido tenían un CRI excelente de 95. Las muestras de tipo líquido exhiben un valor de CRI (Ra) general más alto en comparación con las muestras de dispensación. Además, el CRI más bajo de las muestras de dispensación es atribuible a la autoagregación QD y al desplazamiento espectral al rojo de la muestra de dispensación. La ausencia de emisiones amarillas y verdes y la mejora de las emisiones naranjas y rojas redujeron Ra [32]. Cuando Ra no disminuyó, el uso del paquete de tipo líquido pudo mantener las formas de los espectros de emisión. Las coordenadas de cromaticidad CIE del tipo líquido y las muestras de dispensación estaban cerca del locus de Planck. Los valores de CRI para R1 – R9 siguen la tendencia decreciente. Esto se debe al fenómeno de desplazamiento al rojo que se produjo después del proceso de dispensación. El LED blanco GQD / P-Si QD de tipo líquido exhibió un excelente R9 (88) a 3900 K. Los valores altos de R9 son deseables debido a su asociación con fuertes emisiones rojas, que están relacionadas con los tejidos orgánicos [53]. Sobre la base de los valores de CRI, se puede representar a partir de aquí que las muestras de tipo líquido son mejores que las muestras de dispensación. La muestra de dispensación tiene un valor bajo de CRI debido a la autoagregación, la reducción de la intensidad y el desplazamiento hacia el rojo de los LED QD conformes. Además, se han publicado varios estudios de LED de grafeno QD. Pero todavía hay solo unos pocos estudios que demostraron los valores de CRI de los LED QD. Por lo tanto, en el presente estudio, los WLED basados en QD se fabricaron con excelentes valores de CRI, como se muestra en la Tabla 1.

Espectros PL de ( a ) grafeno QD de tipo líquido a un CCT de 5600 K y LED blanco GQD / P-Si QD de tipo líquido a un CCT de 3900 K. b Dosificación de LEDs blancos de grafeno QD y grafeno / P-Si QD. c El espectro de la curva LIV de los w-LED no tóxicos accionados a 1–300 mA. d Espectros CRI para la dispensación de GQD + P-Si y LED de tipo líquido impulsados a 1–300 mA

La Figura 5 representa la temperatura media de la superficie y la dependencia de la corriente de los LED blancos de dispensación y de tipo líquido. Las temperaturas de la superficie dependientes de la corriente se midieron como la temperatura promedio sobre el área de la superficie del dispositivo, durante un período de 2 minutos, con el dispositivo accionado de 1 a 250 mA. De las dos estructuras preparadas, las muestras de dispensación exhibieron las eficiencias luminosas más bajas y las temperaturas superficiales más altas; esto se atribuye al atrapamiento de calor dentro del paquete. Se utilizó la ecuación (1) para calcular la disipación de calor en el dispositivo como la diferencia entre la potencia eléctrica de entrada y la intensidad de luz medida:

Temperatura superficial promedio y dependencia de la corriente de los LED blancos de dispensación y de tipo líquido

$$ {P} _ {calor} ={P} _ {elec.} - {P} _ {opt.} ={I} _f {XV} _f- \ frac {{\ mathrm {\ O}} _ v} {Wpot.} $$ (1)

donde P _elec. es la energía eléctrica inyectada; P _calor y P _opt. son la energía térmica y la potencia óptica generadas después de inyectar la potencia de entrada, respectivamente; Yo _f y V _f son la corriente de excitación y la tensión directa en las condiciones de funcionamiento del LED, respectivamente; Ø _v es el flujo luminoso total; y W _opt es la eficacia luminosa de la radiación óptica (LER) de los LED. La razón principal de la diferencia en la temperatura de la superficie de estos paquetes es la diferencia en sus coeficientes de conductividad térmica:1.05 W / mK para muestras de tipo líquido, que están compuestas de vidrio, y 0.185-0.196 W / mK para las muestras de dispensación. que se componen de PMMA. El recipiente de vidrio de las muestras de tipo líquido facilita la disipación del calor y por lo tanto tiene una alta eficiencia luminosa. Por lo tanto, mejorar las características de disipación de calor de las muestras puede mejorar la salida de fotones.

Conclusiones

En resumen, hemos preparado dos tipos de estructuras de dispositivos WLED, una es la estructura de dispensación y la otra es la estructura de tipo líquido utilizando GQD y GQD / P-Si QD respectivamente. Los QD de grafeno y los QD de silicio poroso tienen bandas de emisión extremadamente anchas. Los resultados obtenidos indican que las QD de grafeno y los w-LED basados en nanocristales de silicio poseen excelentes valores de CRI (95) y R9 (88). Además, la estructura del dispositivo de tipo líquido exhibe una mayor eficiencia luminosa en un 25% y una mejor estabilidad en comparación con los dispositivos estructurados dispensadores. Finalmente, podemos concluir que el excelente desempeño de los LED cálidos de tipo líquido sin toxicidad tiene un gran potencial en bioimagen y otras aplicaciones relacionadas como la iluminación y la detección son de gran interés.

Abreviaturas

CRI:: Índice de reproducción cromática
GO:: Óxido de grafeno
GQD:: Puntos cuánticos de óxido de grafeno
LED:: Diodo emisor de luz
PL:: Fotoluminiscencia
QD:: Puntos cuánticos
LED W:: Diodos emisores de luz blanca

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