Cold Flow as Versatile Approach for Stable and Highly Luminescent Quantum Dot–Salt Composites

Abstract

Since the beginning of the 1980s, colloidally synthesized quantum dots (QDs) have been in the focus of interest due to their possible implementation for color conversion, luminescent light concentrators, and lasing. For all these applications, the QDs benefit from being embedded into a host matrix to ensure stability and usability. Many different host materials used for this purpose still have their individual shortcomings. Here, we present a universal, fast, and flexible approach for the direct incorporation of a wide range of QDs into inorganic ionic crystals using cold flow. The QD solution is mixed with a finely milled salt, followed by the removal of the solvent under vacuum. Under high pressure (GPa), the salt powder loaded with QDs transforms into transparent pellets. This effect is well-known for many inorganic salts (e.g., KCl, KBr, KI, NaCl, CsI, AgCl) from, e.g., sample preparation for IR spectroscopy. With this approach, we are able to obtain strongly luminescent QD-salt composites, have precise control over the loading, and provide a chemically robust matrix ensuring long-term stability of the embedded QDs. Furthermore, we show the photo-, chemical, and thermal stability of the composite materials and their use as color conversion layers for a white light-emitting diode (w-LED). The method presented can potentially be used for all kinds of nanoparticles synthesized in organic as well as in aqueous media.

Tri(pyrazolyl)phosphane als Vorstufen für die Synthese von stark emittierenden InP/ZnS‐Quantenpunkten

“…[17] According to a previous publication we incorporated the resulting green-and orange-emitting InP/ZnS QDs into a protective KCl salt matrix. [23] Pressing the NC-loaded salt under cold flow conditions at 2.2 GPa results in composite materials which can be used as color conversion layers when stacked on top of a commercially available blue-emitting LED ( Figure 5, bottom). The corresponding PL spectrum and CIE diagram (x = 0.337, y = 0.333) of the white LED are shown in Figure 5 (top).…”

Incorporation of Nanoparticles into Inorganic Salt Crystals (review)

“…Впровадження квантових точок сферичної форми діаметром до 4 нм в йонні макрокристали солей описано у [5][6][7][8][9][10][11][12]. Одержані композити зберігають оптичні властивості при трансфері з розчину в кристал, володіють підвищеною стійкістю до впливу довкілля із набуттям фото-та хемостабільності.…”

“…У роботі [12] досліджено композити KCl:CdSe/CdS та KCl:CdSe/ZnS, які випромінюють червоне, зелене та жовте світло відповідно. Зразки для дослідження готували методом, схожим на виробництво твердих зразків для ІЧ-спектроскопії: спресовування порошку композитного кристалу, який містить наночастинки.…”

“…Фотостабільність досліджували шляхом нанесення кольоропертворюючого шару з кристалів сіль:CdTe на блакитний світлодіод, до якого подавався струм за кімнатних умов. Показано, що протягом 96 годин композити зберігають 95 % від вихідної інтенсивності випромінювання [9,12], а для композиту LiCl:CdSe/CdZnSeS/ZnS квантовий вихід люмінесценції зменшився лише до 95,5 % від початкового, тоді як для вихідного розчину -до 34.7% [11]. [8].…”

“…Крім того, такі кристали проявляють високу стійкість при зберіганні за кімнатних умов: квантовий вихід зменшується лише на кілька відсотків протягом зберігання впродовж одного року [9]. Шляхом нагрівання композиту в 1-октадецені доведено його високу термічну стійкість: інтенсивність випромінювання композиту не змінюється до 125 °С і тільки при 175 °С починає згасати [12].…”