AM：纤维液体桥引导连续可控液体输送用于高性能QLED
【研究亮点】
本文为制造低成本高性能的QLED器件提供了一个先进的解决方案；
在产生高质量QD薄膜时，液体消耗量可以定量；
利用不同的液体可制备出多层超光滑的红/绿/蓝QD膜
所制备的白色QLEDs具有相当高的性能，最大亮度为57 190 cd m−2，最大电流效率为15.868 cd A−1。
【研究背景】
胶体量子点(QDs)是纳米晶体，被广泛用于QD发光二极管(QLED)显示器件中。QD薄膜的质量是直接决定QLED器件性能的关键参数之一，其膜的厚度和均匀性不仅影响电荷在膜之间的传递，而且影响与相邻层的电荷平衡，从而影响量子效率。因此，开发一种简便、低成本的方法来制备高质量的QD薄膜是很有必要的。当前，溶液法由于其条件温和、操作简单，而被广泛应用于QD膜的制备。然而，这些方法通常受到高成本或低薄膜质量的限制。因此，对于既能精确控制液体消耗，又能制备高质量量子点薄膜的简便方案仍是非常可行的。
有鉴于此，北京航空航天大学刘欢教授与河南大学杜祖亮教授联合开发了一种简便的方法：在纤维状液体桥的引导下，将量子点溶液准确、连续、可控地转移到超光滑薄膜上。该方法的液体消耗量与原制备QD膜的面积成比例，使过程可定量化。
【文章详情】
图1：a)纤维液体桥法制备超光滑QD薄膜示意图，b)尼龙纤维的扫描电镜图像，c)液体转移过程光学图像，d)绿色QD膜图像，e,f)液体桥的形成(ON)和断开(OFF)。
图1为纤维状液体桥引导下的策略示意图：两端置于垂直放置毛细管中的拉紧纤维，可以将QD溶液精确、连续可控地转移到目标衬底上(图1a)。毛细管两端担任墨水水库,而纤维(R≈148µm,图1 b)则用于引导液桥的形成，以及液体在衬底上定向运动。图1c显示了印刷过程的光学图像。利用该方法，可以在衬底上可生成面积较大（≈25 cm2）且均匀的绿色QD薄膜(图1d)。图1e ,f中通过机械调节纤维与基体之间的距离，可以实现液体桥的形成(ON)和断开(OFF)，说明液体传递过程是可调节的。
图2：QD膜的PL和AFM表征；a-c)红色(R)、绿色(G)、蓝色(B) QD膜的PL图像，d-f) 三种液体制备的绿色量子点膜的PL图像，g-i)不同层QD薄膜的AFM图像。
如图2 a-c的光致发光(PL)显微照片显示，在整个过程中，QD膜中均匀性良好。图2d-f 中1、2、3层绿色QD薄膜的PL显微镜图像显示QD纳米颗粒的均匀分布。图2g-i中原子力显微镜(AFM)结果发现膜的粗糙度在三次溶液转移后更小，分别为2.48 nm(×1，图2g)、2.32 nm(×2，图2h)和1.75 nm(×3，图2i)，。印刷三次得到的薄膜厚度分别为20 nm(×1)、50 nm(×2)、80nm(×3)(图2g-i插图)。因此，该方法在制备超光滑量子点膜和多层量子点膜方面具有一定的优势。
图3：定量液体转移的表征；a)印刷面积(cm2)和液体消耗体积(µL)之间的关系图，b)不同面积的绿色QD薄膜，c)移动速度与溶液消耗量之间的线性关系，蓝色曲线表示QD膜的粗糙度，d)不同移动速度下QD膜的AFM图像。
该方法的可以实现精确和可控的液体消耗。图3a显示随着印刷面积的扩大，QD溶液消耗量呈线性增加。所制备的薄膜分布均匀，具有明确的轮廓(图3b)。此外，纤维液体桥的移动速度与溶液消耗之间的线性关系表明在不同移动速度下溶液供应和消耗是稳定的(图3c，红色曲线)。随着速度的提高，薄膜的粗糙度趋于稳定(图3c)。综上所述，该方法使定量液体转移，生产高质量的QD薄膜成为可能。
图4：纤维液体桥的溶解-转移过程机理。
图5：绿色、红色和蓝色QLED器件的性能；a- c)红、绿、蓝QLED器件的亮度-电流密度-电压(L-J-V)特性，d-f)红色、绿色和蓝色QLED器件的亮度函数：CE、EQE，g-i)三种彩色QLED器件的EL谱及PL图像。
QLED器件采用多层结构制造，TFB和ZnO分别为空穴层和电子传输层，夹在制备好的QD膜之间。如图5a-c所示，各QLED器件的接通电压较低，红色、绿色、蓝色QLEDs分别为2、2.2、3V。在低电压时，QLEDs亮度值相当高。当电压为4V时，红色、绿色和蓝色QLEDs的亮度值分别为9059、71 410和3953 cdm−2。此外，CE和EQE在宽亮度范围内能够保持稳定(图5d-f)。制备的QLEDs的归一化EL光谱如图5g-i所示：对称发射峰分别出现在632、535和465nm处，半峰宽(FWHM)分别为36、19和27 nm，对应于CIE颜色坐标中的红、绿、蓝三种颜色。因此，利用纤维液体桥，可制备高质量QD薄膜，使QLED器件具有较高的亮度和高性能。
图6：白色QLED器件的性能；a)白色QD膜的PL图像，b)按红色、绿色和蓝色QD膜的顺序，对白色QD膜进行归一化EL谱，c)白色QLED器件的原理图，d)L-J-V特性，e)白色QLED的亮度函数：CE、EQE，f)白色QLED归一化EL光谱和PL图像。
图6a,b中的PL照片和归一化光谱表明，白膜分色良好，边缘光谱重叠，均匀性好。该器件(图6c)在4V下产生23660 cd m−2的亮度，最大CE为15.867 cd A−1，EQE为5.833% (图6d,e)。白色QLEDs的电压-电致发光（EL）光谱如图6f所示，在460、530和620 nm处的三个主要发射峰颜色分离良好，并带有边缘光谱重叠。图6f插图还显示了在4 V下工作的器件光学图像。
【总结】
在本文中，作者证明了一种精确、连续可控的溶液转移策略，用于在纤维液体桥的引导下制备出超光滑QD薄膜。整个过程是定量的，因为QD的溶液的消耗与薄膜的面积成比例。此外，该技术可以将多种液体转移到相同的目标区域，制备超光滑的红色、绿色和蓝色QD膜，用于制备高性能QLED器件能。该方法适用于低成本制造高性能QLED设备。
Xiaoxun Li, Binbin Hu, Min Zhang, Xiao Wang,Ling Chen, Aqiang Wang, Yunjun Wang, Zuliang Du,* Lei Jiang, and Huan Liu*.Continuous and Controllable Liquid Transfer Guided by a Fibrous Liquid Bridge:Toward High-Performance QLEDs. Adv. Mater. 2019, DOI:10.1002/adma.201904610