铅卤化物钙钛矿量子点的稳定性提升及其应用研究

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近年来,卤化物钙钛矿材料不仅在光伏领域中取得空前的成功,而且在其他光电器件领域中也显示出巨大潜力。其中,无机卤化物钙钛矿(CsPbX3,X=Cl,Br,I)量子点(QDs)由于具有高亮度、可调发射波长、高色纯度和高缺陷容忍度等优异的光学特性,在低成本光源和显示领域中展现出巨大应用潜力,因此引起了广泛的研究兴趣。尽管钙钛矿材料在各个领域的应用前景广阔,但材料稳定性差这一缺陷成为它们商业应用的巨大障碍。因此,如何改善CsPbX3材料的稳定性成为了近年来的研究热点。在这项工作中,选用CsPbBr3QDs作为研究对象。采用配体辅助再沉淀法和热注入法成功合成出CsPbBr3QDs。之后,采用了包覆的策略改善其稳定性。系统地研究了材料的形貌,光学特性以及光、热、水分和氧气稳定性。并且根据所制备材料的特性将其分别应用在白光发光二极管和防伪领域。具体内容如下:首先,采用四甲氧基硅烷作为二氧化硅的单分子前体,通过简单的溶胶-凝胶反应成功地制备了CsPbBr3/SiO2QDs复合材料。所制备的CsPbBr3/SiO2QDs复合材料表现出对热、光、环境氧气和水分的超高稳定性。此外,与原始的CsPbBr3QDs相比,获得了相对更窄的半峰宽和更高的荧光量子产率。之后,将CsPbBr3/SiO2QDs复合材料用作颜色转换层,固化在蓝光LED芯片上。最终,获得了63.5 lm/W的高流明效率,并且白光LED在连续电流模式下可以在13 h内有效地维持发光而没有任何衰减,这表明包覆后的材料具有出色的工作稳定性。可以预料,CsPbBr3/SiO2QDs复合材料的优异性能和简易的加工技术将在光电子和未来工业开发中具有广泛的应用前景。为了更有效的提高CsPbBr3QDs的光学性能以及稳定性,进一步开展了表面活性剂(β-α-磷脂酰胆碱,LP)和二氧化硅双重包覆的实验研究,并系统分析了该包覆策略对CsPbBr3QDs稳定性和发光性能的影响。由于表面活性剂和核/壳结构的协同作用,所得的CsPbBr3/LP/SiO2QDs复合材料与CsPbBr3/SiO2QDs复合材料对比,显示出更高的光致发光量子产率(>90%),更好的色纯度以及对热、紫外光、水和环境氧气具备了更优异的稳定性。此外,由于CsPbBr3/LP/SiO2QDs溶液具有油墨特性,以及优异的荧光特性和稳定性,这为防伪高科技安全墨水提供了基本条件。通过喷墨打印技术,证明了CsPbBr3/LP/SiO2QDs复合材料可以用作信息加密和解密的智能隐蔽油墨。更重要的是,即使通过水浸泡,加热/冷却循环和连续的紫外光切换(1500次循环)处理具有设计图案的纸张,仍然可以有效地维持防伪效果。上述结果为提高钙钛矿型量子点的发射效率和稳定性提供了有效的策略,从而使其具有防伪的应用潜力。
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