【摘 要】
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铅卤钙钛矿因其优异的光电性能,包括发射波长易调节、光谱吸收宽、消光系数大、荧光发射效率高、发射谱线窄等,在基础研究和技术应用领域受到人们的广泛关注。钙钛矿量子点被广泛应用于制备发光二极管器件,并在照明、液晶显示器背光源等方面展现出非凡的应用潜力。但是,铅卤钙钛矿的形成能较低,因此它们表现出较差的稳定性,例如易受环境中水分、氧气、光照、热等因素的影响,导致材料性能的衰退,甚至发生不可逆的降解。此外,
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铅卤钙钛矿因其优异的光电性能,包括发射波长易调节、光谱吸收宽、消光系数大、荧光发射效率高、发射谱线窄等,在基础研究和技术应用领域受到人们的广泛关注。钙钛矿量子点被广泛应用于制备发光二极管器件,并在照明、液晶显示器背光源等方面展现出非凡的应用潜力。但是,铅卤钙钛矿的形成能较低,因此它们表现出较差的稳定性,例如易受环境中水分、氧气、光照、热等因素的影响,导致材料性能的衰退,甚至发生不可逆的降解。此外,混合不同组分的钙钛矿会发生离子交换,导致荧光性能的剧烈变化。稳定性这一因素严重地阻碍了钙钛矿在发光二极管方面的应用。因此,提升钙钛矿量子点的稳定性以及延长器件工作寿命对推广这类材料的实际应用具有重要意义。本论文围绕铅卤钙钛矿量子点的稳定性问题开展研究工作,我们旨在探索合成高稳定性、高荧光效率的钙钛矿复合物,以奠定钙钛矿材料在发光二极管方面的应用基础。在本论文中,我们通过高分子和无机物的包覆,钙钛矿-双钙钛矿的铆钉结构,可交联聚合配体的修饰,成功制备一系列铅卤钙钛矿复合物,并对它们的晶体结构、形貌、光谱性质、器件性能进行了系统的研究,主要包括以下四方面研究内容:(1)CsPbX3@PS:利用交联的高分子在良溶剂中溶胀,在不良溶剂中收缩的原理,将量子点嵌入到交联PS微球中,通过对交联度,粒径,量子点浓度等试验参数的优化,成功制备了高效稳定的CsPbX3@PS复合微球。我们将材料浸泡在水、酸、碱溶液中,证实CsPbX3@PS具有超高的稳定性。最后,基于复合物优异的稳定性,我们首次成功实现了钙钛矿量子点在细胞成像和白光二极管方面的应用。(2)CsPbX3@CaF2:利用无机物高的光、热稳定性,通过物理吸附的方法,将预制备的量子点嵌入多孔CaF2分级结构纳米微球中,多种发光颜色的CsPbX3量子点与绿色荧光的CaF2:Ce/Tb微球结合得到双色发光的单分散复合微球。我们系统的研究了复合物在持续光照和潮湿条件下的荧光强度的变化,由于CaF2能有效隔离环境因素对量子点的破坏,复合材料稳定性远优于裸露的量子点。结合对CsPbBr3@CaF2在LED中的性能测试,证实该材料在照明和显示领域具有潜在的应用价值。(3)CsPbX3-Cs2GeF6杂化钙钛矿:利用Cs2GeF6双钙钛矿与钙钛矿结构相似,且晶格匹配的特点,通过湿化学的方法在双钙钛矿层上外延生长钙钛矿量子点,并结合理论计算和实验分析揭示了钙钛矿量子点外延生长的机理。我们系统的研究了复合物在持续光照、加热条件下的稳定性,由于量子点铆钉在双钙钛矿表面不能自由移动,因此有效抑制量子点的团聚,进而成功提升了复合物的稳定性。结合双钙钛矿发出的红光与钙钛矿量子点的绿光发射,我们成功地实现了单复合物在蓝光LED芯片上的白光发射,证实了该材料在白光二极管方面的应用价值。(4)可交联聚合的CsPbX3-CLA QDs:在CsPbX3钙钛矿量子点表面修饰具有共轭双烯键的分子,共轭亚油酸CLA。CLA配体能赋予钙钛矿量子点可交联聚合的特点,使其能在光辐照下引发配体交联。通过一系列的稳定性测试,我们发现交联后的材料稳定性明显提升。通过理论计算和光谱测试,证实了稳定性提升的原因是,交联后配体与钙钛矿表面之间结合能增加。最后利用交联后量子点薄膜耐受非极性溶剂处理的优点,我们成功制备了全溶液加工的PeLED,器件最高外量子效率超过以前报道的基于钙钛矿量子点全溶液加工PeLED的最高值,我们的实验结果证明该方法对于实现低成本高效率的全溶液加工光电器件具有一定的启发性。
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