CsPbX3复合硫系玻璃陶瓷制备与性能研究

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Cs Pb X3(X=Cl、Br、I)作为一种具有优异光电性能的纳米晶体,受到了广泛的关注,它优良的性能使其在光伏和光电器件等领域拥有巨大的前景。然而,Cs Pb X3固有的强离子属性和高表面能等特性导致其稳定性非常差,对于空气中存在的氧气和水分,或是温度和光照等外界条件的变化都很敏感。这种差的稳定性导致了Cs Pb X3难以满足实际应用的要求。把Cs Pb X3与有机聚合物或多孔材料复合在一起,可以在一定程度上提高它的稳定性,但是这依然无法阻止外界环境对Cs Pb X3的破坏。氧化物玻璃是一种结构致密,具有良好的化学稳定性和热学稳定性的材料,因此在氧化物玻璃中合成Cs Pb X3可以明显提升其稳定性。然而,氧化物玻璃是在高温开放的环境下进行制备的,这会导致部分玻璃组分的挥发和纳米晶的分解,制备得到的玻璃的真实组成不明确,样品可重复性较差。硫系玻璃是一种具有各种优异特性的新型红外材料,不仅拥有良好的稳定性,而且制备过程真空密闭,适合作为Cs Pb X3纳米晶的载体。在本论文中,介绍了Cs Pb X3量子点的特点和应用,以及Cs Pb X3量子点复合氧化物玻璃的研究现状。本课题选择了Ge–Sb–S三元硫系玻璃作为玻璃基质,在其中制备了Cs Pb X3纳米晶。对得到的Cs Pb X3纳米晶复合硫系玻璃陶瓷进行了结构、光学性能和稳定性方面的探究与分析,并对Cs Pb X3纳米晶在Ge–Sb–S基硫系玻璃中的可控析晶行为进行了分析和论述。具体研究结果如下:(1)制备了α-Cs Pb I3纳米晶复合硫系玻璃,通过热处理获得了相应的玻璃陶瓷,它们具有较强的发光强度,发光峰位置约为701 nm。(2)α-Cs Pb I3纳米晶复合硫系玻璃陶瓷具有优异的稳定性,即使在冷水中浸泡90天,仍然拥有很强的发光强度。(3)改变Br和I的相对含量,制备了Cs Pb BrxI3-x(x=0、0.5、1、1.5、2、2.5、3)混合纳米晶复合硫系玻璃陶瓷,实现了发光在570~722 nm范围内的覆盖。(4)热处理温度升高可以使Cs Pb Br0.5I2.5混合纳米晶复合硫系玻璃陶瓷发光峰位置从660 nm红移至670 nm,热处理温度对其发光范围的调节比较有限。(5)对α-Cs Pb I3纳米晶复合硫系玻璃的可控析晶行为进行了探究。热处理过程中,纳米晶体的数量和尺寸的变化规律符合Lifshitz-Slyozov-Wanger(LSW)理论,可用Ostwald熟化理论对晶体的生长模式作出论述。总之,通过将Cs Pb X3纳米晶在Ge–Sb–S玻璃中合成,可以在保持其优异的光电性能的基础上大大提升其稳定性,并对其可控析晶机理进行了研究,为将来Cs Pb X3纳米晶的应用提供了理论和实验支撑。
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