全无机钙钛矿纳米晶制备与光学性能研究

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在过去的几年中,半导体纳米晶体,尤其是全无机铅卤钙钛矿晶体,拥有如宽带可调的吸收和发射范围,窄发光半峰宽以及高量子产率等优越的发光性能,使其在不同领域获得了广泛关注。而如今全无机铅卤钙钛矿纳米晶的制备工艺已经取得了长足的进步,并通过诸多如热注入法、阴离子交换法、配体辅助共沉淀法、溶剂热法和超声结晶法等方法合成了各种形貌和尺寸的钙钛矿纳米晶,如纳米球、纳米片、纳米线、纳米棒和纳米块。然而,目前的合成方法很难在原子水平控制纳米晶的生长。这使得制备均匀高质量单一形貌的全无机钙钛矿纳米晶成为重要的挑战。与此同时,钙钛矿的稳定性也是限制其应用的一个重要因素。因此,选择合适的方法提升全无机钙钛矿的稳定性同样成为钙钛矿发光研究的重中之重。为此,本文进行了以下三个方面的研究工作:1、研究了超细Cs Pb Br3钙钛矿纳米线的结构与光学性质,并将其应用于偏振光检测。引入预溶解步骤从而改进了传统的溶剂热合成法化学产率较低的不足,以高化学产率制备出高量子效率的超细钙钛矿纳米线。我们通过XRD、拉曼光谱及TEM证明了Cs Pb Br3钙钛矿的立方相结构,并在365 nm紫外光的激发下得到明亮的蓝光发射。而超细Cs Pb Br3纳米线在结构和光学性质上所具有的各向异性使得其成为研究全无机钙钛矿偏振响应的独特样品。我们采用一种新颖、简便的策略获得自组装的超细Cs Pb Br3纳米线薄膜阵列,这不仅为制备钙钛矿纳米线偏振探测器件提供了解决方案,而且增强了对全无机钙钛矿的偏振发射特性的基本认识。2、研究了离子晶体包裹全无机钙钛矿纳米晶,并演示了其在温度探测和放大自发辐射(ASE)中的潜在应用。利用晶体在不同溶剂中溶解度的不同,将拥有优异光学性能的全无机钙钛矿纳米晶包裹到无机离子晶体中,合成具有优异发光性能和突出的光、热、化学稳定性的复合晶体材料。我们通过XRD、TEM以及EDS测试证明了钙钛矿纳米晶被无机离子晶体所包裹。随后利用上述方法制备出Cs Pb0.6Ni0.1Mn0.3Cl3/KCl复合晶体,实现了可见波段的双模测温传感器。同时利用400 nm飞秒激光激发Cs Pb Br3/KBr复合晶体获得了ASE发射。此研究为钙钛矿材料在光学测温与激光领域的研究开辟了一条新的思路。3、研究了热诱导固相全无机二维Cs Pb2Br5钙钛矿荧光性能以及发光机理。利用高温重结晶法实现了毫米尺寸的二维全无机Cs Pb2Br5钙钛矿晶体的批量合成,所制备的Cs Pb2Br5钙钛矿晶体均具有规整的形貌以及致密的结构,且具备稳定的化学性质。XRD、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱、TEM测试结果证实了所合成的Cs Pb2Br5钙钛矿为纯相晶体。随后我们通过热处理法使得处理后的Cs Pb2Br5晶体实现荧光发射,通过发射光谱和荧光寿命测试详细研究了热处理制度对其光学性能的影响。同时通过XRD、高分辨TEM测试以及拉曼光谱和紫外可见吸收光谱等手段阐述了Cs Pb2Br5钙钛矿晶体的荧光机理。通过此方法合成出的复合晶体材料显示出了优异的发光性能和突出的化学稳定性,尤其是其防水性,由此展示了其在X射线探测方面的应用潜力。
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