Liquid–Liquid Diffusion‐Assisted Crystallization: A Fast and Versatile Approach Toward High Quality Mixed Quantum Dot‐Salt Crystals

Abstract

2638www.MaterialsViews.com wileyonlinelibrary.com approaches, [ 15,16 ] effi ciency, [ 17,18 ] extending their spectral range [19][20][21] and environmental friendliness using less toxic materials [22][23][24] sparked industrial applications. Those started with the demonstration of a 40 in. display prototype presented by Samsung [ 25 ] and followed by the foundation of QD Vision, Inc., [ 26 ] whose QDs are now used in the latest series of Sony products. All of the mentioned applications require long-term stability of the QDs under various conditions including high temperatures as well as high intensity illumination. Packaging of the QDs within polymer or inorganic matrices is one way to address these issues, while improving the processability of the QDs at the same time. Commonly used polymers, such as polystyrene and poly(methylmethacrylate) [ 27 ] are relatively less stable and tight in comparison to their inorganic counterparts. Inorganic matrices on the other hand can incorporate the QDs directly from their melt, e.g., using the Czochralski approach, [ 28 ] coated as a thin fi lm directly on their surface [ 29,30 ] or, as recently developed by our group, grown as mixed crystals at ambient temperatures from a saturated salt solution. [ 31 ] Using this method, different types of QDs can be incorporated due to the low thermal stress and, by choosing the proper matrix-QD system, the photoluminescence quantum yields (PL-QYs) are enhanced upon incorporation. [ 32,33 ] Here, a new, fast, and versatile method for the incorporation of colloidal quantum dots (QDs) into ionic matrices enabled by liquid-liquid diffusion is demonstrated. QDs bear a huge potential for numerous applications thanks to their unique chemical and physical properties. However, stability and processability are essential for their successful use in these applications. Incorporating QDs into a tight and chemically robust ionic matrix is one possible approach to increase both their stability and processability. With the proposed liquid-liquid diffusion-assisted crystallization (LLDC), substantially accelerated ionic crystallization of the QDs is shown, reducing the crystallization time needed by one order of magnitude. This fast process allows to incorporate even the less stable colloids including initially oil-based ligandexchanged QDs into salt matrices. Furthermore, in a modifi ed two-step approach, the seed-mediated LLDC provides the ability to incorporate oilbased QDs directly into ionic matrices without a prior phase transfer. Finally, making use of their processability, a proof-of-concept white light emitting diode with LLDC-based mixed QD-salt fi lms as an excellent color-conversion layer is demonstrated. These fi ndings suggest that the LLDC offers a robust, adaptable, and rapid technique for obtaining high quality QD-salts.

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.…”

“…Важливим дослідженням по даній тематиці була розробка методики прискореного способу одержання композитів сіль:CdTe співосадженням із додаванням органічного розчинника. У [9] описано методику вирощування макрокристалів NaCl:CdTe в суміші розчинників вода-метанол. Метод ґрунтується на різній розчинності неорганічних солей у розчинниках з різною полярністю.…”

“…За схожою на описану в [9] методикою, швидко додаючи до суспензії наночастинок CdTe з 1.5 г NaCl надлишок етанолу, вирощено композити NaCl:CdTe, які демонструють високу оптичну якість, фотостабільність та довгий час життя флуоресценції [13]. У роботі [12] досліджено композити KCl:CdSe/CdS та KCl:CdSe/ZnS, які випромінюють червоне, зелене та жовте світло відповідно.…”

“…Зразки проявляли високу оптичну якість, прозорість. Подібно до попередніх композитів спостерігали батохромний зсув піку люмінесценції, який вчені також пояснюють зміною діелектричної сталої [9], а також припускають, що це може бути наслідок реабсорбції високоенергетичних фотонів. Композитні кристали показали помірне зниження фотолюмінесценції в порівнянні з вихідними розчинами.…”

“…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].…”