离子掺杂的全无机钙钛矿量子点玻璃研究

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全无机钙钛矿量子点由于自身优异的发光性能被广泛应用在白光LED、太阳能电池以及激光领域,但是其稳定性差的特点阻碍了实际应用。目前研究者们通过将钙钛矿量子点与无机玻璃结合在一起的方式显著提升了钙钛矿量子点的稳定性,尤其是抗湿性能得到明显的改善。但是目前钙钛矿量子点玻璃还存在着应用领域窄和量子产率不高的缺点,这两个缺点阻碍了钙钛矿量子点玻璃的进一步发展。在本文中,我们通过高温熔融法和低温热处理法在不同玻璃基质中对钙钛矿量子点玻璃进行不同离子的掺杂。通过改变掺杂离子的浓度、钙钛矿元素掺入量以及热处理温度的方法,实现了对钙钛矿量子点玻璃应用领域的拓展和对钙钛矿量子点玻璃量子产率的显著提升。主要研究内容和成果如下:(1)以硼磷酸盐玻璃作为基质,制备了Mn2+掺杂的双发射钙钛矿量子点玻璃。通过XRD、PL、Decay谱图证明了玻璃中生长出了Mn2+掺杂的Cs Pb(Cl Br)3钙钛矿量子点,Mn2+的最佳掺杂摩尔浓度为4%。元素mapping证明了只有少部分Mn2+进入了钙钛矿量子点晶格中,大部分Mn2+仍然留在玻璃基质中。利用Mn2+发光强度几乎不受温度影响以及钙钛矿量子点发光强度随温度上升逐渐下降的特点,根据变温光谱拟合出了峰值比与温度的关系式。计算出来的温度敏感度最高为10.04%K-1,显著高于之前报道的低温探测材料,表明Mn2+掺杂的Cs Pb(Cl Br)3钙钛矿量子点玻璃可作为发光温敏介质实现高精度低温探测。(2)以碲酸盐玻璃作为基质,制备出同时掺入了Yb/Ln(Ln=Er,Tm)和Cs Pb Br3钙钛矿量子点的玻璃。XRD、PL、TEM图谱证明了玻璃中生长出了立方相的Cs Pb Br3量子点。利用Cs Pb Br3钙钛矿量子点对绿光(520 nm)以及绿光以前的光(<520 nm)的吸收作用,通过改变其掺入量,实现了对Er3+从黄绿光到橙光、Tm3+从蓝光到红光的上转换发光颜色调控,为钙钛矿量子点在调控玻璃上转换发光颜色领域开辟了新的应用。(3)以硼硅酸盐玻璃作为基质,通过掺杂氟离子制备出全系Cs Pb X3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点。XRD、PL、TEM图证明了玻璃中析出了立方相的Cs Pb X3(X=Cl,Br,I)晶体。通过改变热处理温度对钙钛矿量子点的发光做了精细的调控。氟离子通过打断Si-O-Si键形成Si-F键从而为钙钛矿元素的扩散提供充分的空间,促进钙钛矿量子点的成核与长大,使量子产率得到显著提升。利用绿光(Cs Pb Br3)、黄光(Cs Pb Br2I)、红光(Cs Pb Br1.5I1.5)量子点玻璃以及蓝光芯片In Ga N组装成白光LED,其流明效率为60~75lm/W,色温为2000~3500K,显色指数为80~90。
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