钙钛矿量子点的光学性质及应用研究

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钙钛矿作为一种新型的光电材料近年来受到了人们越来越多的关注,随着人们的研究的不断深入,其研究已经从体材料深入至纳米材料,最后乃至量子点材料。从其结构式来说,钙钛矿材料是具有ABX3型的组成,其A位主要为Cs+,B位为Pb2+,X位为卤素元素组成。从电学性质来讲,钙钛矿材料具有优异的电学特性,高的电子迁移率,较宽的吸收系数;从光学性质来讲,具有高的色纯度,窄的发光半高宽,高的发光量子效率等优点受到了人们更多的关注。然而,对于钙钛矿材料来讲,主要有两个亟待解决的问题:(1)材料的稳定性较差,特别是容易遇水易分解,空气中储存时间较短;(2)铅离子的毒性问题,很难将其应用于实际工业生产中去。因此,本论文主要集中于以上两个问题进行系统的研究。钙钛矿量子点作为一种优越的发光材料,已近广泛的应用于照明显示,LED器件,X射线探测等实际生活中。然而,其稳定性迫切需要去解决。提高稳定性主要可以从材料自身的特性入手或者通过修饰增强其稳定性。本部分主要通过二氧化硅修饰钙钛矿表面,通过包覆手段提高其量子点稳定性,进而将其应用于白光LED以及细胞成像中,得到了很好的效果。通过热注入法合成钙钛矿量子点,进行离心沉淀获得质量较好的量子点材料。随后,通过加入正硅酸乙酯,氨水,以及异丙醇,在室温条件下进行搅拌,最后通过离心再沉淀制备得到具有较好单分散的二氧化硅包覆钙钛矿量子点材料。通过控制加入的氨水的量,搅拌时间以及温度,进而获得较好的包覆钙钛矿量子点复合材料。其稳定性得到了较大的提高,而且光学性质保持不变。最终将其应用于白光LED中,得到了较好的显示效果和很好的器件稳定性;将其应用于细胞成像中,具有较好的成像效果。随着人们环保意识的不断提高,铅离子的毒性问题受到了人们很大的关注。而对于钙钛矿量子点来说,解决铅离子的毒性问题尤为重要。因此,本部分主要通过替代法合成新型的钙钛矿量子点材料,即通过铋离子替代铅离子进而解决毒性问题。通过低温法合成Cs3Bi2Br9钙钛矿量子点,改变反应温度以及酒精的加入量,制备出发光性能优异的无毒钙钛矿量子点材料。然而,其光学性质相对于铅基量子点而言,仍然具有一定的差距。通过稀土离子掺杂改变量子点光学性质已近受到了人们的共识。因此,通过制备Cs3Bi2Br9:Eu3+钙钛矿量子点,解决铋基钙钛矿量子点红光缺失问题,而且一定程度上提高了量子点的发光量子效率。最后将获得的材料应用于铜离子检测,获得了较好的检测下限,具有较好的实际应用前景。
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