基于量子点背光技术的液晶显示器具有良好的性能，显示的颜色更细腻，色域更广，是新兴的下一代液晶显示器。然而，量子点材料容易受到水、高温等侵蚀而发生荧光淬灭，这严重限制了量子点显示器的实际应用。

近日，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授、朱亮亮教授等人，采用微流控静电纺丝的方法，通过poly(St-MMA-AA)单分散胶体纳米颗粒（NPs）和尼龙66（PA66）纺丝溶液在微通道限域空间内的反应和组装，再由高压电场拉伸成丝，从而得到具有独特的点线结构的异质NPs@PA66复合纳米纤维，NPs@PA66纳米纤维的拉伸强度达到74.82 MPa，比纯PA66纳米纤维提高了近五倍。微流控诱导形成的独特的“纤维-颗粒-纤维”结构及纳米颗粒与尼龙66之间存在的氢键相互作用导致NPs@PA66纳米纤维机械强度的显著提高。这种具有物理和化学作用相结合的新型纺丝技术-微流控静电纺丝为构筑高强度和异质结构的功能纳米纤维提供了理论和技术支持。

此外，均匀致密的NPs@PA66纳米纤维膜作为量子点材料的“保护壳”有效地提高了QD抵御水、高温等的侵蚀，所以，NPs@PA66/QD纤维基显示器背光膜的理论寿命值高达6万小时，色域值达到了116% (NTSC标准)，极大地提高了量子点显示器的效率和稳定性。这种具有高色彩饱和度和长寿命的量子点显示器背光膜将为柔性光电产业的发展提供新途径。

该研究成果以“Robust Nanofiber Films Prepared by Electro-Microfluidic Spinning for Flexible Highly Stable Quantum-Dot Displays”为题发表在国际重要刊物《Advanced Electronic Materials》 (Adv. Electron. Mater. 2020, 2000626, DOI: 10.1002/aelm.202000626)上。南京工业大学博士生解安全为第一作者。

该课题得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、国家青年基金、江苏省高校优势学科建设工程、材料化学工程国家重点实验室等基金的资助和支持。

图文速递

图1 微流控静电纺丝制备高强度NPs@PA66纳米纤维膜及在量子点液晶显示器背光膜中的应用

(a) 微流控静电纺丝技术制备高强度NPs@PA66纳米纤维的示意图；(b) 有序纳米纤维的制备；(c) NPs和PA66在微芯片中的组装过程示意图；(d) NPs@PA66/QD液晶显示器背光膜的制备；(e) NPs@PA66/QDs膜作为彩色转换膜的原理和荧光稳定性实验示意图。

图2 NPs@PA66纳米纤维膜增强的机理研究

(a-c) 不同NPs含量的NPs@PA66纳米纤维的SEM图像：(a) 0.1 wt%，(b) 0.5 wt%，(c) 0.1 wt%，插图表示纤维膜的水接触角；(d) NPs、PA66和NPs@PA66的红外光谱图；(e) 不同NPs含量的NPs@PA66纤维膜的应力-应变曲线；(f) NPs@PA66纤维吊起180 g砝码的光学照片；(g) NPs@PA66纤维拉伸性能提高的机理图。

图3 柔性NPs@PA66/QD液晶显示器背光膜的制备

(a) 刮涂法制备NPs@PA66/QDs背光膜的示意图；(b) 绿光和红光发射的CdSe@ZnS量子点的PL光谱；(c) NPs@PA66/QDs背光膜的色度图；(d) NPs@PA66/QDs背光膜的柔性特性；(e-g) 在紫外光下弯曲、扭曲和折叠的NPs@PA66/QDs背光膜的光学照片(激发光波长：380nm)；(h) NPs@PA66/QDs背光膜的PL光谱；(i) NPs@PA66/QDs作为液晶显示器彩色转换膜的示意图；液晶显示器没有(j)和有(k) NPs@PA66/QDs背光膜时的屏幕显示图像。

图4 NPs@PA66/QD液晶显示器背光膜的稳定性研究

(a) 传统彩色转换膜和NPs@PA66/QDs膜在耐温性能的示意图；(b) 传统彩色转换膜和NPs@PA66/QDs膜在150 ℃和200 ℃条件下的荧光稳定性；(c) 传统彩色转换膜和NPs@PA66/QDs膜在150 ℃条件下荧光相对强度随时间的变化；(d) 传统彩色转换膜和NPs@PA66/QDs膜在200 ℃条件下荧光相对强度随时间的变化；(e) 传统彩色转换膜和NPs@PA66/QDs膜在水中荧光相对强度随时间的变化，插图代表浸没在水中的NPs@PA66/QDs膜在紫外光(365 nm)激发下0小时和32小时的光学照片。

图5高强度纳米纤维制备设备--微流控静电纺丝机

微流控静电纺丝机（南京捷纳思新材料有限公司提供）。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aelm.202000626