本發(fā)明屬于鈣鈦礦量子點(diǎn)柔性發(fā)光器件，具體涉及一種基于pvp改性提高量子點(diǎn)復(fù)合薄膜力學(xué)性能的方法。

背景技術(shù)：

1、鹵化鉛鈣鈦礦量子點(diǎn)qds薄膜，在柔性顯示和可穿戴光電子器件等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。目前主要的量子點(diǎn)薄膜有聚甲基丙烯酸甲酯量子點(diǎn)薄膜、聚苯乙烯量子點(diǎn)薄膜和聚酰亞胺量子點(diǎn)薄膜等。然而，聚甲基丙烯酸甲酯雖然具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的透光性，但由于其自身剛性導(dǎo)致材料本身很脆和熱穩(wěn)定性相對(duì)較差；聚苯乙烯雖然易于加工，但其延伸性、抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度較低；聚酰亞胺因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能而被廣泛應(yīng)用于柔性襯底，但由于成本過高，在大規(guī)模生產(chǎn)中可能是一個(gè)劣勢(shì)；以上方面導(dǎo)致上述常見聚合物材料不適合作為柔性薄膜基質(zhì)材料。

2、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物eva作為一種柔韌性良好的聚合物材料，具有柔軟性、強(qiáng)韌性、耐應(yīng)力開裂性和透明性等。并且，eva與鈣鈦礦量子點(diǎn)具有較好的相容性，有效地避免了鈣鈦礦量子點(diǎn)封裝在eva薄膜中發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，不會(huì)破壞鈣鈦礦量子點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)，保證了鈣鈦礦量子點(diǎn)的光學(xué)性能不會(huì)受到影響。但由于eva薄膜機(jī)械強(qiáng)度不高，力學(xué)恢復(fù)性能差，在需要承受較大拉伸或反復(fù)彎曲的情況下可能不足以滿足高需求，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。研究表面，單一組份的高分子聚合物材料由于自身結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)用方面的限制，可利用兩種或多種高分子材料共混的方法進(jìn)行力學(xué)性能改性，旨在結(jié)合不同高分子的優(yōu)點(diǎn)，以獲得具有高力學(xué)柔韌性和力學(xué)恢復(fù)性能的復(fù)合聚合物材料。

3、在鈣鈦礦量子點(diǎn)聚合物薄膜中添加其他高分子材料進(jìn)行改性，能夠提高聚合物薄膜的穩(wěn)定性、增強(qiáng)力學(xué)性能、改善加工性等，但也可能產(chǎn)生一些不利影響。首先，不同高分子聚合物材料之間可能存在相容性問題，摻入其他高分子聚合物材料也可能與鈣鈦礦量子點(diǎn)存在相容性問題，導(dǎo)致共混體系出現(xiàn)相分離，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，影響復(fù)合材料的均勻性和最終的光學(xué)性能，并且共混體系的流變特性可能發(fā)生變化，使得加工過程更加復(fù)雜；其次，由于鈣鈦礦量子點(diǎn)自身結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，以及基于聚合物復(fù)合材料的化學(xué)環(huán)境等因素影響下，在鈣鈦礦量子點(diǎn)中添加高分子聚合物材料可能會(huì)使鈣鈦礦量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，如發(fā)光顏色和光吸收能力，導(dǎo)致熒光量子產(chǎn)率及其穩(wěn)定性能降低。因此，迫切需要開發(fā)一種對(duì)鈣鈦礦量子點(diǎn)友好的高分子復(fù)合聚合物材料使柔性量子點(diǎn)薄膜既具有優(yōu)異的力學(xué)性能，又能保持鈣鈦礦量子點(diǎn)高效的發(fā)光效率，并且能夠顯著提高薄膜中量子點(diǎn)的光學(xué)穩(wěn)定性，從而解決實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題：

2、本技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了目前傳統(tǒng)聚合物薄膜力學(xué)柔韌性能差以及鈣鈦礦量子點(diǎn)封裝在聚合物薄膜中的光學(xué)性能及其穩(wěn)定性，聚甲基丙烯酸甲酯自身剛性導(dǎo)致材料本身很脆和熱穩(wěn)定性相對(duì)較差；聚苯乙烯延伸性、抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度較低；聚酰亞胺成本過高，在大規(guī)模生產(chǎn)中可能是一個(gè)劣勢(shì)；eva薄膜機(jī)械強(qiáng)度不高，力學(xué)恢復(fù)性能差，在需要承受較大拉伸或反復(fù)彎曲的情況下可能不足以滿足高需求，不同高聚合物分子材料之間可能存在相容性問題，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，影響復(fù)合材料的均勻性和最終的光學(xué)性能，加工過程更加復(fù)雜；鈦礦量子點(diǎn)自身結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致熒光量子產(chǎn)率及其穩(wěn)定性能降低等技術(shù)問題，提供了一種基于pvp改性提高量子點(diǎn)復(fù)合薄膜力學(xué)性能的方法，既能提高eva復(fù)合薄膜的力學(xué)柔韌性和力學(xué)恢復(fù)性能，又能將鈣鈦礦量子點(diǎn)封裝在eva-pvp復(fù)合薄膜中而不影響薄膜自身的力學(xué)性能和量子點(diǎn)光學(xué)性能。

3、技術(shù)方案：

4、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、一種基于pvp改性提高量子點(diǎn)復(fù)合薄膜力學(xué)性能的方法，具體包括如下步驟：

6、第一步，制備eva甲苯溶液：按質(zhì)量體積比分別稱量1-4g?eva加入15-25ml甲苯溶液中，將共混物在超聲分散儀中以40khz的頻率超聲10-50分鐘，超聲分散過程中在50-90℃下加熱使eva快速溶解在甲苯中，并且在超聲分散過程中使溶液中的氣泡充分排出；

7、第二步，制備pvp甲苯溶液：按質(zhì)量體積比取0.1-0.6g的pvp加入60ml甲苯溶液中，在通風(fēng)櫥中利用磁力攪拌器以2500轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌，使用甲苯將pvp完全溶解，最終將60ml甲苯揮發(fā)至20ml，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)；

8、第三步，eva-pvp薄膜的制備：向eva甲苯溶液中加入5ml的pvp甲苯溶液，在超聲分散儀中以40khz的頻率超聲10-50分鐘，有效快速去除氣泡，得到eva-pvp共混溶液，然后，將均勻的eva-pvp共混溶液倒在直徑為9厘米的玻璃培養(yǎng)皿中，以40-100℃加熱0.5-2小時(shí)使聚合物復(fù)合薄膜凝膠塑化，并在常溫環(huán)境下靜置冷卻1-2小時(shí)后，將膜取下進(jìn)行測(cè)試與表征，所制備的薄膜平均厚度為0.5mm；

9、第四步，qds@eva-pvp薄膜的制備：將鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液與eva-pvp共混溶液按1：5的比例混合，在超聲分散儀中以40khz的頻率超聲10-50分鐘，形成均勻的qds@eva-pvp共混溶液；將qds@eva-pvp共混溶液倒入直徑為9厘米的玻璃培養(yǎng)皿中，在40-70℃加熱1-2小時(shí)使量子點(diǎn)復(fù)合薄膜凝膠塑化，并在常溫環(huán)境下靜置冷卻1-2小時(shí)，然后將膜取下進(jìn)行測(cè)試與表征。

10、進(jìn)一步地，所述第一步中取3g的eva加入20ml甲苯溶液；超聲分散儀工作參數(shù)為以40khz的頻率超聲30分鐘；加熱溫度為80℃。

11、進(jìn)一步地，所述第二步中取0.3g的pvp加入60ml甲苯溶液；磁力攪拌器的速率為2500轉(zhuǎn)/

12、分鐘。

13、進(jìn)一步地，所述第三步中超聲分散儀工作參數(shù)為以40khz的頻率超聲30分鐘；加熱溫度為60℃，加熱時(shí)間為1小時(shí)；靜置冷卻時(shí)間為1小時(shí)。

14、進(jìn)一步地，所述第四步中鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液與eva-pvp共混溶液體積比為1：5；超聲分散儀工作參數(shù)為以40khz的頻率超聲30分鐘；加熱溫度為60℃，加熱時(shí)間為1小時(shí)；靜置冷卻時(shí)間為1小時(shí)。

15、原理解釋：乙烯-醋酸乙烯共聚物eva先在經(jīng)聚乙烯吡咯烷酮pvp共混改性后，較短鏈的pvp分子與eva形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后加入鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液，通過加熱使聚合物復(fù)合薄膜凝膠塑化，制備均勻平整的eva-pvp柔性量子點(diǎn)復(fù)合薄膜，獲得較好的力學(xué)柔韌性和力學(xué)恢復(fù)性能，同時(shí)顯著提高了量子點(diǎn)在聚合物復(fù)合薄膜中的光學(xué)性能穩(wěn)定性。

16、有益效果：

17、本技術(shù)提供了一種基于pvp改性提高量子點(diǎn)復(fù)合薄膜力學(xué)性能的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具備以下有益效果：

18、1.本發(fā)明方法增強(qiáng)了eva薄膜的力學(xué)柔韌性和力學(xué)恢復(fù)性能，并且將鈣鈦礦量子點(diǎn)封裝在eva-pvp復(fù)合薄膜中不會(huì)降低量子點(diǎn)自身的發(fā)光效率以及薄膜的力學(xué)性能。此外，qds@eva-pvp復(fù)合薄膜的制備工藝簡(jiǎn)單，且有利于大面積柔性量子點(diǎn)復(fù)合薄膜的可控制備，有助于推動(dòng)柔性量子點(diǎn)復(fù)合薄膜在光致發(fā)光器件中的實(shí)際應(yīng)用；

19、2.本發(fā)明在eva薄膜中摻入短鏈的pvp分子以提高聚合物復(fù)合薄膜的力學(xué)柔韌性和力學(xué)恢復(fù)性能；

20、3.本技術(shù)以40khz的頻率超聲30分鐘，有效快速去除氣泡，使其制備成表面平整無氣泡的eva-pvp復(fù)合薄膜；

21、4.本發(fā)明在60℃加熱使聚合物復(fù)合薄膜凝膠塑化，較低的加熱溫度能夠使甲苯溶液以適當(dāng)速率揮發(fā)，避免薄膜中產(chǎn)生大量氣泡；同時(shí)，也能夠使聚合物薄膜快速的凝膠塑化；另一方面，較低的加熱溫度也不會(huì)破壞薄膜中鈣鈦礦量子點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)，仍保持優(yōu)異的發(fā)學(xué)性能及穩(wěn)定性；

22、5.本發(fā)明將鈣鈦礦量子點(diǎn)封裝在eva-pvp復(fù)合薄膜中，聚合物復(fù)合材料不會(huì)降低量子點(diǎn)自身發(fā)光效率，并且顯著提高了量子點(diǎn)在紫外光照下的光學(xué)性能穩(wěn)定性，同時(shí)量子點(diǎn)復(fù)合薄膜的力學(xué)性能幾乎與eva-pvp復(fù)合薄膜一致；

23、6.本發(fā)明的基于pvp改性提高量子點(diǎn)復(fù)合薄膜力學(xué)性能的方法，使較短鏈的pvp分子與eva形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獲得具有優(yōu)異力學(xué)性能的eva-pvp復(fù)合薄膜，并且鈣鈦礦量子點(diǎn)與eva-pvp混合物在甲苯溶液中具有較好的相容性，eva-pvp聚合物復(fù)合薄膜中的鈣鈦礦量子點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，所制備的量子點(diǎn)聚合物復(fù)合薄膜均勻平整具有較高的透明度；

24、7.本技術(shù)所制備的不同質(zhì)量比pvp(1wt％、3wt％和6wt％)摻雜的eva復(fù)合薄膜(分別記為ep1、ep3和ep6)的斷裂伸長(zhǎng)率分別為575％、666％和714％，與純eva薄膜相比分別增加了117％、208％和256％；

25、8.ep3復(fù)合薄膜和加入量子點(diǎn)復(fù)合薄膜(qep3)的斷裂韌性與eva薄膜相比分別增加了29.5％和29％；

26、9.ep3復(fù)合薄膜和qep3復(fù)合薄膜在30％應(yīng)變下拉伸循環(huán)耗散能與eva薄膜相比分別降低了10.9％和9.9％，殘余形變降低了19.7％和19.3％；

27、10.qep3復(fù)合薄膜在紫外光照射12小時(shí)后熒光強(qiáng)度穩(wěn)定性相較于鈣鈦礦量子點(diǎn)(qds)的73％提升至95％；

28、11.在摻入3wt％的pvp對(duì)eva進(jìn)行改性，即可獲得較好的力學(xué)柔韌性和力學(xué)恢復(fù)性能，同時(shí)復(fù)合薄膜兼具較高的透明度；

29、12.鈣鈦礦量子點(diǎn)封裝在eva-pvp復(fù)合薄膜中不會(huì)影響薄膜自身的力學(xué)性能；

30、13.量子點(diǎn)與混合的復(fù)合材料體系具有良好的相容性，由于聚合物復(fù)合薄膜對(duì)外界環(huán)境的有效隔離顯著提高了薄膜中鈣鈦礦量子點(diǎn)的紫外光照光學(xué)穩(wěn)定性；

31、14.本發(fā)明所公開的高性能量子點(diǎn)聚合物柔性復(fù)合薄膜制備工藝簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求。