论文部分内容阅读
近年来，卤化铅钙钛矿半导体材料由于其具有优异的光电和光伏特性，如较长的载流子扩散距离，较快的载流子迁移速度，缺陷容忍度高等优点，在太阳能电池、发光二极管(LED)、激光器以及光电检测器等方面都有着广泛应用，引发了研究人员极大兴趣。它的纳米结构钙钛矿量子点，和传统的Cd基量子点相比，具有显著的优势:相对较高的荧光量子效率（最高可达到100％），可调的发射光谱覆盖整个可见光区域(400-700 nm)，较窄的半峰宽(12-40 nm)，成分和尺寸可控发光，低温下即可合成。其中，相比于有机-无机杂化钙钛矿量子点，全无机CsPbX3(X=Cl，Br,I)钙钛矿量子点(CsPbX3 Perovskite Quantum Dot，CPX QDs)具有更高的熔点(＞500℃)，更好的光稳定性以及热稳定性成为了人们的研究重点。然而，CPX QDs仍没有解决对极性和质子溶剂、光、氧气、温度和湿度敏感问题，且CPX QDs是高度离子型的化合物，会与不同的卤化物组分发生离子交换反应，使其光学性质容易发生改变，稳定性差，从而影响了它们进一步的应用。因此，如何改善钙钛矿量子点的稳定性具有重要意义。目前，研究表明，表面包覆和表面钝化是提高钙钛矿量子点在极性溶剂中稳定性的两条途径。本论文分别从这两个方面入手，制备了基于全无机钙钛矿量子点的复合材料，并对其稳定性能进行了探讨。主要内容分为两部分:(1)静电喷雾法制备CsPbBr3@PS复合微球;(2)配体辅助再沉淀法(LARP)法制备CsPbBr3@SiO2复合微球。 (1)从表面包覆角度考虑，采用疏水性聚苯乙烯聚合物，将其与CsPbBr3全无机钙钛矿量子点进行复合，采用静电喷雾方法制备了单分散的CsPbBr3@PS复合微球，并通过调节电喷电压、电喷距离、推进速度、聚苯乙烯浓度等影响因素，优化了电喷的实验条件。这种方法可以实现复合微球的尺寸可控制备，产量高，且实验过程简单易操作。通过透射电子显微镜和激光共聚焦荧光显微镜对CsPbBr3@PS复合微球进行观察，发现CsPbBr3钙钛矿量子点在聚苯乙烯内部分布较为均匀。通过荧光光谱证明了通过聚苯乙烯包覆，CsPbBr3@PS复合微球的荧光发射峰位置在522 nm，CsPbBr3钙钛矿量子点的光学性质没有发生太大的改变。相比于CsPbBr3，所制备的CsPbBr3@PS复合微球在KI水溶液中浸泡9h后没有发生卤素离子交换反应，在水中浸泡14 day的荧光发射峰强度没有发生变化，30 day后在紫外灯照射下依然可以发出耀眼的绿色荧光，这些实验结果都证实了CsPbBr3@PS复合微球表现出很好的卤素离子交换稳定性和水稳定性。进一步将其涂覆于紫外发光的LED灯上，实现了钙钛矿基LED灯能在水中稳定发绿光。 (2)从表面钝化角度考虑，利用含有多支链的有机硅配体γ-巯丙基三乙氧基硅烷以及3-氨丙基三乙氧基硅烷，采用配体辅助再沉淀法修饰钙钛矿表面，通过加入微量水，一方面诱导CsPbBr3钙钛矿量子点的形成，另一方面促进有机硅水解缩合，制备得到了CsPbBr3@SiO2复合微球。将CsPbBr3钙钛矿量子点封装在二氧化硅基质中，通过荧光光谱测试证明了通过二氧化硅包覆，CsPbBr3@SiO2复合微球的荧光发射峰位置在508 nm，CsPbBr3钙钛矿量子点的光学性质没有发生太大的改变。实验结果表明，相比于CsPbBr3，对制备得到的CsPbBr3@SiO2复合微球进行卤素离子交换稳定性、乙醇稳定性测试，所制备的CsPbBr3@SiO2复合微球在四丁基碘化铵/二氯甲烷中浸泡6h荧光峰位置没有发生偏移，在乙醇中浸泡7 day荧光没有淬灭，证实制备得到的复合微球具有较高的稳定性。