钙钛矿量子点是一类具有钙钛矿晶体结构(ABX₃,A 为有机 / 无机阳离子,B 为金属离子,X 为卤素离子)的半导体纳米材料,具有高量子产率、可调谐带隙、超窄发射半峰宽等特性,在光电器件领域具有颠覆性潜力。其核心应用行业包括: 显示技术:用于 LCD、OLED、Micro-LED 的色转换膜,提升色域至 110% NTSC 以上(如创维 A7E Pro 电视搭载的 650 nm 红光钙钛矿量子点); 太阳能电池:作为吸光层或叠层电池组件,实验室效率突破 28%,商业化进程加速; 照明领域:仿天然光全光谱 LED 器件,解决传统蓝光 LED 的 “青光缺失” 和 “蓝光溢出” 问题; 生物医学:用于荧光成像、光动力治疗等,其生物相容性和近红外发光特性显著。 量子点是一类具有代表性的纳米光电材料,具有颜色可调、高效率发光等优势,在显示、探测、照明等领域具有广泛的应用。在显示领域,量子点能够与LCD、OLED、Micro-LED等现有显示技术结合,提升显示效果,简化制备工艺,降低制造成本,是显示领域重点关注的前沿技术。目前显示应用的量子点材料主要包括硒化镉、磷化铟、钙钛矿。钙钛矿量子点是一种新兴的材料,与硒化镉和磷化铟相比,钙钛矿量子点具有吸收系数大、发光效率高、容易制备、环境影响小、自主知识产权等特点,成为近年来重点关注的材料体系。然而,其稳定性和规模化制备是其产业化的关键。
那艾仪器喷雾干燥机制备钙钛矿量子点的典型案例
1:导水环结构喷雾干燥机用于量子点纯化 实验室级钙钛矿量子点干燥回收 设备设计: 干燥罐下段采用倒圆台结构,锥段设置导水环(内表面与干燥腔齐平,形成导料平面),防止液滴沿内壁滴落污染收集物料; 顶部安装双流体喷头(雾化压力 0.5-1.0 MPa)和环形吹风头(进风温度 120-150℃),形成旋流干燥场; 旋风分离器入口设置在导水环上侧,分离效率>95%,尾气经冷凝回收有机溶剂(回收率≥90%)。 工艺参数: 进料浓度:钙钛矿前驱体溶液(如 CsPbBr₃)浓度 0.1-0.3 M,溶剂为甲苯 / 油酸混合液; 雾化流量:10-20 mL/min,干燥停留时间 5-8 秒; 产品特性:粒径分布 D50=5-8 nm,量子产率>85%,分散性 CV<5%。
2:吨级规模化原位喷雾制备技术 显示用钙钛矿量子点聚合物微球量产 技术方案: 那艾自主设计连续式喷雾干燥系统,集成溶剂回收模块(回收率>98%)和人工智能辅助工艺优化系统; 采用原位喷雾 - 聚合物包覆工艺:将钙钛矿前驱体溶液(如 CsPbI₃)与聚合物单体(如 PMMA)混合雾化,在干燥过程中同步完成量子点结晶和聚合物包覆; 关键创新:通过调控雾化温度(80-100℃)和气流速度(5-8 m/s),实现微球粒径精准控制(D50=20-50 μm),球形度>95%。 性能指标: 光稳定性:在 70℃、150 W/m² 蓝光辐照下老化 1000 小时,亮度衰减<10%; 湿热稳定性:60℃/90% RH 环境下存放 500 小时,量子产率保持率>90%; 量产能力:单条产线年产能达 5 吨,成本较传统溶液法降低 40%。
3:溶剂热熟化喷雾干燥工艺 红色钙钛矿量子点(如 CsPbI₃)高效制备 创新工艺: 喷雾干燥 + 溶剂热熟化两步法: 喷雾干燥阶段:将钙钛矿前驱体溶液(含油酸配体)雾化干燥,得到未完全结晶的量子点 / 聚合物复合微粒(粒径 1-5 μm); 溶剂热熟化阶段:将微粒分散至高沸点有机溶剂(如甲苯),通过密闭管道式换热器实现快速升温(1-10℃/s)至 90-120℃,保温 5-30 分钟后快速降温(1-10℃/s)至室温,同步施加超声波辅助分散(功率 100-300 W)。 技术优势: 量子点结晶度提升至 98%,表面缺陷密度降低 70%,量子产率从 60% 提升至 85%; 微粒流动性显著改善(振实密度从 0.6 g/cm³ 增至 1.2 g/cm³),适用于注塑成型、3D 打印等复杂加工工艺。
喷雾干燥技术在钙钛矿量子点制备中实现了绿色化生产(有机溶剂回收>95%)、规模化制备(吨级产能)和性能调控(粒径、包覆层厚度精准控制)。例如,致晶科技的喷雾干燥技术已推动钙钛矿量子点在显示领域的商业化应用,其光学膜产品被创维等企业采用;北京理工大学开发的原位喷雾技术为 Micro-LED 全彩化提供了低成本解决方案。未来,随着设备智能化(如 AI 工艺优化)和工艺创新(如多段式干燥),喷雾干燥有望成为钙钛矿量子点产业化的核心技术之一。
近期,北京理工大学、北京航空航天大学合肥创新研究院和致晶科技公司组成的联合团队在中国工程院院刊《Engineering》发表了题为“Spray-Drying Fabrication of Perovskite Quantum-Dot-Embedded Polymer Microspheres for Display Applications”的文章,报道了钙钛矿量子点的吨级规模化制备。他们发明了可连续化制备的钙钛矿量子原位喷雾制备技术(专利:CN115717071B),该方法制备的内嵌钙钛矿量子点聚合物微球具有发光效率高、稳定性高、容易规模化制备等特点。该团队同时报道了钙钛矿量子点微球在LCD、OLED、Micro-LED等转光应用。最近,致晶科技公司与创维公司合作推出了搭载650 nm红光钙钛矿量子点的护眼壁纸电视(创维A7E Pro)。利用喷雾干燥技术,该团队自主设计了喷雾干燥设备和制备工艺,通过了小试、中试和量产的开发,通过钙钛矿稳定性的科学分析与人工智能辅助的材料优化方法结合,解决了钙钛矿量子点的稳定性难题。所制备的钙钛矿量子点光学膜在60 °C/90%相对湿度条件和70 °C、150 W/m2 455 nm蓝光辐照老化中,老化1000小时的亮度衰减小于10%,表现出优异的湿热和光热稳定性。 该团队报道的钙钛矿量子点喷雾干燥技术,制备过程的有机溶剂可全部回收再利用,是一种绿色环保的工艺,提供了一种低成本、连续化规模制备钙钛矿量子点的方法。