一种径向导热的量子点荧光复合材料及其制备方法和应用

本发明属于荧光复合材料相关，更具体地，涉及一种径向导热的量子点荧光复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，量子点因为具有高光效、极窄的半峰全宽和可调的发射波长而受到了巨大的关注。这些优良的性能使量子点广泛应用于光电领域如太阳能电池、光电探测器、led和激光器等。

2、但是，在量子点的光致发光过程中，同时存在光转换和产热两个过程。量子点吸收短波长光并转化为长波长光，由于此过程中存在非辐射复合过程和斯托克斯位移，会损失部分光能量并产生热量。然而量子点通常封装于热导率极低的聚合物基质中，这严重阻碍了量子点向环境的散热过程，导致其工作温度的急剧升高。

3、在量子点和荧光粉所处的发光层中存在光转化过程，会带来大量的热损失。而发光层主要为热导率极低的硅胶基质，使得产生的热量难以导出从而使热量聚集导致温度不断升高。然而量子点是一种对温度极其敏感的材料，过高的温度会导致量子点发光效率的下降，甚至会发生热淬灭(完全丧失发光能力)。这也导致了量子点荧光复合材料发光性能和可靠性的下降，严重阻碍了其进一步应用。然而目前针对量子点荧光复合材料的热管理手段较为复杂，并且缺乏有效性。

4、针对上述问题，cn201711407264.9提出了在量子点+荧光粉+硅胶形成的混合胶体中引入高导热系数材料颗粒，并通过工艺处理使量子点和高导热系数材料颗粒带相反电荷从而使量子点吸附在高导热系数材料颗粒上，以大幅提升量子点的散热能力。虽然该方案在一定程度上提升了量子点荧光复合材料的导热能力，但由于其采用的高导热系数颗粒为微米级粒径，在掺杂于硅胶中时，颗粒与颗粒之间并不直接连接，带来了大量的接触热阻，使得导热增强效率低下。

5、由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需提出一种有效的方法，在不影响量子点荧光复合材料发光性能的前提下，高效提升其散热能力。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种径向导热的量子点荧光复合材料及其制备方法，其目的在于，在量子点荧光复合材料中通过由不吸光的导热纤维沿径向排列形成的辐射状网络，搭建长程连续的导热通路，由此解决量子点荧光复合材料散热的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种径向导热的量子点荧光复合材料，所述复合材料为片状，包括：由不吸光的导热纤维沿径向排列形成的辐射状网络，以及填充在所述辐射状网络中的量子点和硅胶。

3、作为本发明的优选，所述不吸光的导热纤维为不吸光的高聚物纤维，且导热率大于10w/(m·k)。

4、作为本发明的优选，所述不吸光的导热纤维包括聚乙烯纤维、聚苯乙烯纤维中的至少一种；

5、优选地，所述聚乙烯纤维为超高分子量聚乙烯纤维。

6、作为本发明的优选，所述量子点的材料为纳米级半导体发光材料，所述量子点的平均粒径为10nm-20nm，发光波长为600nm-700nm；

7、所述量子点的材料包括硒化镉、硫硒化镉、磷化铟、铜铟硫或钙钛矿中的至少一种。

8、作为本发明的优选，所述复合材料还包括荧光粉，所述荧光粉分布在所述硅胶中；

9、所述荧光粉为yag或tag，平均粒径为10μm-20μm，发光波长为500nm-600nm。

10、为了实现上述目的，按照本发明的另一方面，提供了按照如第一方面所述的径向导热的量子点荧光复合材料的制备方法，包括如下步骤：

11、s1：将不吸光的导热纤维沿圆片径向缠绕，在所述圆片的正反两面形成带有厚度的辐射状网络；

12、s2：将量子点和硅胶混合，倒入所述圆片其中一面的辐射状网络中，抽真空使胶体充分渗入所述辐射状网络中，加热固化；去除所述圆片及所述圆片另一面的导热纤维。

13、作为本发明的优选，所述不吸光的导热纤维的体积为所述不吸光的导热纤维、所述量子点和所述硅胶混合总体积的1％-30％。

14、作为本发明的优选，所述量子点的质量为所述不吸光的导热纤维、所述量子点和所述硅胶混合总质量的0.03％-5％。

15、作为本发明的优选，在所述s2步骤中，将所述量子点和所述硅胶混合时，还加入了荧光粉进行混合；

16、所述荧光粉的质量为所述不吸光的导热纤维、所述量子点、所述硅胶和所述荧光粉混合总质量的0.1％-30％。

17、为了实现上述目的，按照本发明的又一方面，提供了按照如第一方面所述的径向导热的量子点荧光复合材料在量子点显示器、量子点白光led或量子点激光器中的应用。

18、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、(1)本发明通过利用由不吸光的导热纤维沿径向排列形成的辐射状网络，在量子点荧光复合材料中搭建长程有序的辐射状导热通路，高效实现了径向的高热导率。相比于现有常用微米级的导热颗粒在导热强化时，避免了大量接触热阻会带来的导热增强效率低的问题。

20、(2)作为优选地，本发明的导热纤维为不吸光的高聚物纤维，且导热率大于10w/(m·k)。不吸光的导热纤维可在低导热的荧光复合材料中搭建长程有序的导热通路，高效强化荧光复合材料的散热能力；同时由于其不吸光的特性可以避免对荧光复合材料光学性能的影响。

21、例如，通过本发明制备的径向高导热量子点荧光复合材料热导率在超高分子量聚乙烯纤维体积分数为24.46vol％时可达到10.45w/(m·k)，远高于目前的量子点荧光复合材料((约为0.317w/(m·k)，chemical engineering journal,427:130958,2022)。

22、(3)作为优选地，本发明通过对导热纤维的体积分数、原料含量的调整，可实现制备不同热导率的荧光复合材料以满足不同场景下的散热需求。改变导热纤维的体积分数(1vol％～30vol％)和种类(聚乙烯纤维，超高分子量聚乙烯纤维和聚苯乙烯纤维)，可以实现制备不同热导率的荧光复合材料(0.25w/(m·k)～15.11w/(m·k))，能满足不同场景下的散热需求，如量子点显示器(温度低于80℃)可采用热导率为0.25w/(m·k)～0.5w/(m·k)的荧光复合材料，量子点白光led可采用热导率为0.5w/(m·k)～2w/(m·k)的荧光复合材料，量子点激光器可采用热导率为2w/(m·k)～15.11w/(m·k)的荧光复合材料。

23、(4)作为优选地，本发明在复合材料中加入荧光粉，可以实现白光照明荧光粉在500nm～600nm波段的发射光谱结合量子点600nm～700nm以及蓝光芯片的发射蓝光(约为450nm)，可以实现高质量的白光照明(显色指数大于90)。

24、(5)本发明制备的径向高导热量子点荧光复合材料在应用于光电器件时可有效降低其工作温度，提高其最大工作功率。尤其在大功率场景下，与常规的量子点荧光复合材料相比，可将量子点等荧光颗粒的工作温度维持在一个相对较低的水平，提高发光效率。