二維金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜制備與光學(xué)特性研究
發(fā)布時間：2021-10-17 15:04
二維金屬鹵化物鈣鈦礦是指具備（RNH3）2（CH3NH3）n-1AnX3n+1結(jié)構(gòu)式的統(tǒng)稱,其中n（整數(shù)）為兩層有機鏈之間的金屬陽離子層數(shù),當(dāng)n=1時為標(biāo)準(zhǔn)二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu),n=2,3,…為準(zhǔn)-二維鈣鈦礦。鈣鈦礦作為新一代半導(dǎo)體材料,與傳統(tǒng)半導(dǎo)體相比,它可以實現(xiàn)可見光（400-800 nm）范圍內(nèi)波長可調(diào)節(jié)性,改變鈣鈦礦的維度可以相應(yīng)的改變它的量子限域效應(yīng),從高維度降低到低維度可以明顯增加鈣鈦礦材料的激子結(jié)合能,同時,鈣鈦礦材料也具有非線性效應(yīng)等。近年來鈣鈦礦材料的應(yīng)用涉及到鈣鈦礦太陽能電池、發(fā)光二極管、場效應(yīng)晶體管、玻色-愛因斯坦凝聚、光催化等各個領(lǐng)域。與三維鈣鈦礦材料相比,由于有機和無機層之間大的介電常數(shù),二維層狀鈣鈦礦具有自然形成的量子阱結(jié)構(gòu),它的激子結(jié)合能也相當(dāng)大,通常在幾百meV左右。因此,研究二維鈣鈦礦材料的光與物質(zhì)相互作用性質(zhì),對研發(fā)高性能、普適性的光電器件具有重要意義。本文首先介紹了鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)分類、特性及鈣鈦礦器件;其...
【文章來源】：山東師范大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
AMX3-型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[1]
山東師范大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文2圖1-2.(a)CH3NH3PbI3[3],(b)(CH3NH3)2PbI4[4],(c)(C10H21NH3)PbI4[5],和(d)(CH3NH3)4PbI6·2H2O[6],它們分別對應(yīng)3D,2D,1D和0D網(wǎng)絡(luò)。圖1-3.不同維度(0D-3D)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖[7]。上面我們已經(jīng)解釋形成鈣鈦礦的八面體可以形成3D,2D,1D和0D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且它們還具有相同的結(jié)構(gòu)單元。對于金屬鹵化物鈣鈦礦而言，材料的組成成分，晶格及形貌可以通過控制生長條件來實現(xiàn)。合成不同維度的鈣鈦礦材料具有不同方面的用途，例如，對于0D鈣鈦礦量子點(Quantumdots,QDs)來說可以將量子點作為增益介質(zhì)使其與光子晶體進行耦合，可得到的不同尋常的光學(xué)性質(zhì)；對于1D鈣鈦礦納米線(Nanowires,NWs)來說，當(dāng)激光打在鈣鈦礦NWs的一端時在NWs的另一端由于波導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生不同的光學(xué)特性；對于2D鈣
山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文3鈦礦薄膜來說，由于上下兩個光滑面之間可以看作反射鏡，所以在它的上下表面可以形成F-P腔，光子在F-P腔中來回振蕩，當(dāng)滿足駐波條件時，這個模式會被放大，其它模式被抑制[8-10]。然而，對于有機-無機雜化的2D鈣鈦礦來說，它的通用方程一般寫成(RNH3)2(CH3NH3)n-1AnX3n+1的形式,這里R是一個烷基或芳香基，A是金屬陽離子，X是一個鹵素元素。變量n(整數(shù))表明兩層有機鏈之間的金屬陽離子層數(shù)[4,11-16]。在極端情況下，當(dāng)n=∞時，此時的結(jié)構(gòu)變?yōu)?D束縛鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(例如CaTiO3)。與之對立的另一種極端情況，即n=1時,此時的結(jié)構(gòu)變?yōu)橐粋�理想的量子阱結(jié)構(gòu)，由于被有機鏈分開，它只有一個AX42原子層，相鄰層之間由范德瓦爾斯力使之相連。通過改變n的值，可以實現(xiàn)鈣鈦礦從2D到3D結(jié)構(gòu)的演化，如圖1-4，也可以調(diào)節(jié)量子阱的厚度和相關(guān)的光電特性。我們把不同n值的鈣鈦礦稱為準(zhǔn)2DRuddlesden–PopperPerovskite(RPP)。圖1-4.從2D鈣鈦礦到3D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的演化[17]。在有機-無機雜化鈣鈦礦的物理特性上，由于電子的能級結(jié)構(gòu)主要是由無機部分的外軌道電子雜化形成，所以雜化鈣鈦礦的激子束縛能會隨著材料的結(jié)構(gòu)維度的增加而迅速減校我們可以通過改變制備鈣鈦礦材料的前驅(qū)體濃度、配比、合成方法等對鈣鈦礦的尺寸和形貌進行調(diào)控，從而改變鈣鈦礦的物理和化學(xué)性質(zhì)。由于鈣鈦礦具備這種可調(diào)的靈活性，鹵化物鈣鈦礦材料具有不同的光電響應(yīng)特征，因此，可以有不同的應(yīng)用。1.2金屬鹵化物鈣鈦礦的性能及其應(yīng)用1.2.1金屬鹵化物鈣鈦礦的光學(xué)性質(zhì)作為新一代半導(dǎo)體材料，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體相比，金屬鹵化物鈣鈦礦具有其優(yōu)秀的性能，
本文編號：3441962
【文章來源】：山東師范大學(xué)山東省
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
AMX3-型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[1]
山東師范大學(xué)碩士學(xué)位畢業(yè)論文2圖1-2.(a)CH3NH3PbI3[3],(b)(CH3NH3)2PbI4[4],(c)(C10H21NH3)PbI4[5],和(d)(CH3NH3)4PbI6·2H2O[6],它們分別對應(yīng)3D,2D,1D和0D網(wǎng)絡(luò)。圖1-3.不同維度(0D-3D)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖[7]。上面我們已經(jīng)解釋形成鈣鈦礦的八面體可以形成3D,2D,1D和0D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且它們還具有相同的結(jié)構(gòu)單元。對于金屬鹵化物鈣鈦礦而言，材料的組成成分，晶格及形貌可以通過控制生長條件來實現(xiàn)。合成不同維度的鈣鈦礦材料具有不同方面的用途，例如，對于0D鈣鈦礦量子點(Quantumdots,QDs)來說可以將量子點作為增益介質(zhì)使其與光子晶體進行耦合，可得到的不同尋常的光學(xué)性質(zhì)；對于1D鈣鈦礦納米線(Nanowires,NWs)來說，當(dāng)激光打在鈣鈦礦NWs的一端時在NWs的另一端由于波導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生不同的光學(xué)特性；對于2D鈣
山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文3鈦礦薄膜來說，由于上下兩個光滑面之間可以看作反射鏡，所以在它的上下表面可以形成F-P腔，光子在F-P腔中來回振蕩，當(dāng)滿足駐波條件時，這個模式會被放大，其它模式被抑制[8-10]。然而，對于有機-無機雜化的2D鈣鈦礦來說，它的通用方程一般寫成(RNH3)2(CH3NH3)n-1AnX3n+1的形式,這里R是一個烷基或芳香基，A是金屬陽離子，X是一個鹵素元素。變量n(整數(shù))表明兩層有機鏈之間的金屬陽離子層數(shù)[4,11-16]。在極端情況下，當(dāng)n=∞時，此時的結(jié)構(gòu)變?yōu)?D束縛鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(例如CaTiO3)。與之對立的另一種極端情況，即n=1時,此時的結(jié)構(gòu)變?yōu)橐粋�理想的量子阱結(jié)構(gòu)，由于被有機鏈分開，它只有一個AX42原子層，相鄰層之間由范德瓦爾斯力使之相連。通過改變n的值，可以實現(xiàn)鈣鈦礦從2D到3D結(jié)構(gòu)的演化，如圖1-4，也可以調(diào)節(jié)量子阱的厚度和相關(guān)的光電特性。我們把不同n值的鈣鈦礦稱為準(zhǔn)2DRuddlesden–PopperPerovskite(RPP)。圖1-4.從2D鈣鈦礦到3D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的演化[17]。在有機-無機雜化鈣鈦礦的物理特性上，由于電子的能級結(jié)構(gòu)主要是由無機部分的外軌道電子雜化形成，所以雜化鈣鈦礦的激子束縛能會隨著材料的結(jié)構(gòu)維度的增加而迅速減校我們可以通過改變制備鈣鈦礦材料的前驅(qū)體濃度、配比、合成方法等對鈣鈦礦的尺寸和形貌進行調(diào)控，從而改變鈣鈦礦的物理和化學(xué)性質(zhì)。由于鈣鈦礦具備這種可調(diào)的靈活性，鹵化物鈣鈦礦材料具有不同的光電響應(yīng)特征，因此，可以有不同的應(yīng)用。1.2金屬鹵化物鈣鈦礦的性能及其應(yīng)用1.2.1金屬鹵化物鈣鈦礦的光學(xué)性質(zhì)作為新一代半導(dǎo)體材料，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體相比，金屬鹵化物鈣鈦礦具有其優(yōu)秀的性能，
本文編號：3441962
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