两嵌段共聚物对量子点/环氧树脂纳米复合材料的界面增容机理研究

The incompatible interface of quantum dots (QDs)/epoxy nanocomposite directly caused serious aggregation of QDs, and eventually decreased transparent and luminescent of nanocomposite. Because butyl could assemble with oleic acid ligand on QDs and glycidyl could match epoxy matrix respectively, poly (methyl n-butyl acrylate)-(glycidyl methacrylate) block copolymer was designed for solve the problem of polar mismatch at nanocomposite interface. Atom transfer radical polymerization was utilized to synthesize molecular weight controlled copolymer compatibilizer. And then, the process of compatibilizer assembly behavior at the interface was described by kinetic and thermodynamics. Besides, the influences of QDs optical properties were investigated after compatibilizer assembly. Finally, crucial relationships between interface structure and properties of QDs/epoxy nanocomposite were clarified and connected. The as-prepared highly transparent and luminescent QDs/epoxy nanocomposite had potential applications in light-emitting diode encapsulating materials. And the ideas and basic research data of this application could also be utilized for enhance the performance of QDs/polymer matrix nanocomposite.

针对量子点与环氧树脂界面不匹配引起的严重团聚，造成纳米复合材料透明度和荧光强度普遍降低的问题，本申请提出双亲共聚物对两相界面的增容研究。采用原子转移自由基聚合制备两嵌段的增容剂，其聚甲基丙烯酸正丁酯链段的脂肪族侧链浸润量子点表面的油酸配体，同时聚甲基丙烯酸缩水甘油酯链段浸润环氧基体，获得良好的界面增容效果。研究各嵌段分子量的聚合动力学控制因素；进一步考察分子量对增容过程的热力学和动力学影响规律；分析量子点本征光学性能的变化规律；最终阐明界面结构同量子点分散能力和纳米复合材料光学行为的关联机制等关键科学问题。研究意义旨在确立高透明度、高荧光效率的量子点/环氧树脂白光LED封装材料制备的优化方法。本申请的宗旨是通过功能性增容剂的设计和使用，提升量子点半导体荧光纳米材料在聚合物基复合材料中的性能表现，为开发新型光电材料提供思路和基础研究数据。

按照计划书要求，针对量子点与环氧树脂界面不匹配引起的严重团聚，造成纳米复合材料透明度和荧光强度普遍降低的问题，采用原子转移自由基聚合制备了聚甲基丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯两嵌段双亲共聚物[Poly（BMA-b-GMA）]作为增容剂，其聚甲基丙烯酸正丁酯链段(PBMA)的脂肪族侧链浸润量子点表面油酸配体，同时聚甲基丙烯酸缩水甘油酯链段(PGMA)浸润环氧基体，以获得良好的界面增容效果。研究了聚甲基丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯两嵌段双亲共聚物分子量的控制规律，以及分子量对增容过程热力学和动力学的影响规律，结果表明适宜的PBMA和PGMA链段分子量应分别控制在850和1700。通过共聚物的增容作用，量子点与环氧树脂基体间实现了有效的界面过渡，促进了量子点的均匀分散，因此复合材料的透明度从34%提高到75%，荧光强度从2.7×10^5（绿光）、2.0×10^5（红光）分别提高到1.0×10^6、6.5×10^5。使用量子点/环氧树脂纳米复合材料封装蓝光InGaN芯片，当总添加量为0.5wt%、绿光与红光量子点的质量比为1：1时，制备得到的暖白光LED表现出优异的光学性能，其显色指数，相关色温以及色度坐标分别为69，6824K和（0.3125，0.2972）。本项目通过功能性增容剂的设计和使用，提升了量子点半导体荧光纳米材料在聚合物基复合材料中的性能表现，为开发新型光电材料提供思路和基础研究数据。