无铅铜基钙钛矿的合成及光学性能研究

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钙钛矿发光材料具有诸多优点,例如可调节的光谱范围、高的色纯度和高的量子产率等,这些优点使其在光电子领域有着广泛的应用。然而,传统铅基钙钛矿由于铅的毒性、自身不稳定性等缺点使其商业化发展受到了限制,因此无铅钙钛矿的研究成为了热点。其中新型光电材料铜基钙钛矿由于毒性低、价格低廉、稳定性好等优点,在发光二极管、探测器、激光等领域具有潜在的应用价值。本论文主要采用热注射法合成一系列铜基钙钛矿,对铜基碘化物钙钛矿的晶相,结构,光学性能和防伪应用进行了研究。此外,我们还对蓝光铜基钙钛矿材料进行了阳离子掺杂及替换。具体研究内容如下:(1)实现不同晶相的铯铜碘钙钛矿的可控合成,并解释其相转变机理。采用热注射法成功合成两种相的铜基钙钛矿(Cs3Cu2I5、Cs Cu2I3),探索了表面活性剂、反应温度、物料比等因素对Cs3Cu2I5的晶相、形貌、光学性能的影响。将此策略扩展至Cs3Cu2X5(X=Cl、Cl/Br、I、Br/I)纳米晶,实现了从440 nm到520 nm的光谱调谐。通过调节温度和添加溶剂,研究了不同相态(从Cs3Cu2I5到Cs Cu2I3)铜基无铅钙钛矿的可控晶相转变过程,并从晶体结构上解释两种相材料之间的形貌和发光性能的变化。基于上述两种调控相变的手段,我们还实现了由Cs3Cu2I5到Cs Cu2I3的快速相转变的演示,展示其在防伪方面的应用。(2)实现阳离子Na+掺杂的Cs3Cu2I5纳米晶的合成。通过热注射法合成了一系列不同浓度阳离子Na+掺杂的Cs3Cu2I5纳米晶,研究了不同Na+掺杂浓度对纳米晶光学性能和形貌的影响。发现适量的Na+掺杂可以使纳米晶尺寸分布均匀和尺寸减小,并利于增加胶体溶液的荧光发光强度和稳定性。虽然Na+的掺入量较少,但是其均匀分散在纳米晶晶格中。纳米晶光学性能的提高可能归因于Cs3Cu2I5晶格完美度的提高,从而降低了缺陷密度,抑制了非辐射复合。(3)实现其他阳离子替代Cs-Cu-X钙钛矿中的Cs。采用其他阳离子(Rb、K)去替代Cs,实现新型A2Cu X3(A=Rb、K;X=Cl、Br)铜基钙钛矿材料的合成,并对其结构和光学性能进行表征。结果表明,Rb2Cu X3(X=Cl、Br)和K2Cu X3(X=Cl、Br)的光致发光半峰宽较窄且荧光量子产率较高。因此,材料之间A位碱金属或X位卤素离子的改变几乎不改变材料的光学性质。
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