论文部分内容阅读
近年来,全无机卤化铅铯钙钛矿量子点材料因具有非凡的光电性能而获得了广泛的关注。然而,全无机钙钛矿的不稳定性和对光致发光机理的了解不足,阻碍了实际应用。因此,探索具有优异稳定性的钙钛矿材料制备新途径至关重要。本文采用固相烧结法和调控热处理温度,实现卤化铅铯钙钛矿量子点在稳定的无机玻璃基质中析出。在玻璃致密结构的保护下,与其他钙钛矿材料相比,卤化铅铯钙钛矿量子点玻璃具有更为优异的稳定性和环保性能,同时此类材料具有高透过率和高光致发光量子产率。进一步调控玻璃中构成钙钛矿组分Cs2CO3掺杂浓度、Br引入源（NaBr/KBr）变化以及基质玻璃中稀土Tb3+离子掺杂,制备了多种具有不同物相的钙钛矿量子点多组分玻璃,深入研究了不同物相钙钛矿量子点玻璃的结构、物相、形貌和光致发光机理。结果表明,0-D Cs4PbBr6量子点多组分玻璃的晶相、形貌和光致发光特性与3-D CsPbBr3量子点多组分玻璃明显不同,为钙钛矿Cs4PbBr6材料光学特性的起源争议问题提供了独特见解,排除Cs4PbBr6和CsPbBr3共存的影响。同时,研究了上述材料在白光发光二极管器件、上转换发光及X射线光致发光等领域的应用,为钙钛矿纳米晶在光电器件的设计和实际应用提供了可能。具体工作包括以下几点:（1）通过熔融淬火工艺和调控Cs2CO3浓度,成功制备了一系列不同物相的3-D CsPbBr3量子点多组分玻璃和0-D Cs4PbBr6量子点多组分玻璃。研究发现,玻璃中不同的Cs:Pb化学计量比,建立富Cs环境时,菱形Cs4PbBr6相量子点在玻璃中容易自结晶。Cs4PbBr6显示出独特的发光特性与带隙中的固有缺陷状态有关。（2）3-D CsPbBr3量子点多组分玻璃具有较小的量子点晶粒尺寸（～1.96 nm）和较高的激子结合能（～362±18 me V）。此类材料表现出良好的光致发光性能以及对空气、光和水的良好稳定性。在材料长期的耐水性测试中,3-D CsPbBr3量子点多组分玻璃的铅迁移量极低,表明此类材料具有优异的环保性能。温度相关的可逆光致发光线性响应和热循环稳定性表明3-D CsPbBr3量子点多组分玻璃可能成为低成本温度传感器材料的潜在候选。同时3-D CsPbBr3量子点多组分玻璃首次实现了980 nm激发的上转换发光。（3）最佳热处理温度下所制备的0-D Cs4PbBr6量子点玻璃具有更稳定的结构,高透过率（～90%）,窄的最大半峰全宽（～20 nm）,高光致发光量子产率（～22%）和现有报道同类材料最好的稳定性。Cs4PbBr6量子点玻璃对温度的可逆线性荧光响应可成为低成本温度计的潜在候选材料。此外,以0-D Cs4PbBr6量子点玻璃为组成材料,获得了高性能WLED器件。同时,0-D Cs4PbBr6量子点多组分玻璃作为光学增益介质,首次实现了在980 nm激发的上转换发光。（4）构成钙钛矿量子点组分Br由KBr提供,相较于Br由NaBr提供的钙钛矿量子点玻璃,此类钙钛矿量子点玻璃的离子流动性差,钙钛矿量子点不容易以纯相形式析出,进而得到了一系列CsPbBr3/Cs4PbBr6和Cs4PbBr6/CsPbBr3量子多组分玻璃。由于更为致密玻璃基质的保护作用以及K+对玻璃中量子点缺陷的钝化作用,两种复合量子点组分玻璃具有更高的光致发光量子产率（～28%;～26%）。耐水性测试中未检测到铅的迁移,表明两类材料具有现有文献报道最优环保性能。同时两种复合量子点多组分玻璃实现了980 nm激发的上转换发光和X射线激发的光致发光。（5）稀土Tb3+离子具有丰富的4f-4f和4f-5d能级跃迁结构,较长的荧光寿命和较宽的发射波长范围。通过调节Tb3+离子掺杂浓度,成功制备了一系列Tb3+掺杂0-D Cs4PbBr6量子多组分玻璃。通过Tb3+离子与钙钛矿带隙之间的能量传递,极大提高了0-D Cs4PbBr6量子点多组分玻璃的光致发光量子产率（～31%）。