全无机钙钛矿量子点稳定性提升及其应用

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近年来,全无机钙钛矿量子点因其优异的发光性能从传统的发光材料中脱颖而出。全无机钙钛矿量子点拥有窄的发射峰、高的荧光量子产率、发射范围宽且可调、高缺陷容错性、低激子结合能、高载流子迁移率和长的电子空穴扩散距离等特性,这些特性使得全无机钙钛矿量子点成为最热门和最有潜力的光电材料之一。全无机钙钛矿量子点已经广泛应用于发光二极管、液晶显示器、太阳能电池、光电探测器、传感器、激光、荧光标记等光电领域。目前,全无机钙钛矿量子点的合成方法包括高温热注射法、室温过饱和结晶法、超声波合成法、水热合成法、微波辅助合成法和阴离子交换法。虽然合成方法多样,但主流的合成方法是前两种。这两种合成方法所需要的实验设备简单,而且实验过程可控。通过控制实验温度、反应所需的配体、实验试剂的比例,进而可以调控纳米晶的形貌和发光波长。虽然全无机钙钛矿量子点是光电材料领域的新星,但在实际应用中也存在一些问题:(1)合成过程中消耗大量昂贵和有毒的有机溶剂,产生大量的危险液体废物,而且单次合成的量子点很少,难以应对实际生产生活中的应用;(2)钙钛矿量子点的主要成分铅元素具有毒性,铅泄露后会造成水体污染和人体损害;(3)钙钛矿量子点的稳定性差,对温度、湿度、氧气、光照都十分敏感,在实际生活中,难以应对复杂多变的环境。本文以亟需解决的稳定性问题展开研究,并取得了一些研究成果。首先,以高温热注射法合成量子点纳米晶,探究了纯量子点在存储、紫外光照、温度变化和高温存储过程中的荧光强度变化。实验发现纯量子点在外部环境变化下,荧光强度变化剧烈,难以保持初始的荧光强度。其次,本论文利用Sr Ti O3微球对纯量子点进行吸附,通过XRD、TEM、EDS对钙钛矿量子点和复合材料进行了结构和形貌的表征,证实量子点与Sr Ti O3微球形成了复合材料。复合材料在温度变化、紫外光照、存储时间下的荧光强度变化远小于纯量子点的变化,稳定性得到了提升。最后,本论文以三甲基氯硅烷和莫来石纤维改性二氧化硅气凝胶,得到超疏水和网状结构的气凝胶。该气凝胶吸附量子点后,得以应对湿度对荧光强度的影响,复合材料在水中存放50天后,仍然保持明亮发光。而且温度变化后复合材料荧光强度也表现出良好的可逆性。最后以上述两种复合材料制备出高质量白光LEDs,从而实现量子点在固态照明中的应用。
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