發(fā)布時間：2020-05-14 16:43

【摘要】：金屬鹵化物鈣鈦礦材料由于其優(yōu)異的光電性能如強光吸收、高熒光量子產(chǎn)率、可調(diào)的熒光發(fā)射、窄的半峰寬以及合成方法簡單易行在過去十幾年中引起了廣泛的關注,尤其是在太陽能電池研究領域有望超過硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,具有十分廣闊的應用前景。另外金屬鹵化物鈣鈦礦還表現(xiàn)出許多優(yōu)于傳統(tǒng)納米晶的特性,如金屬鹵化物鈣鈦礦為離子型化合物因而在低溫下便可制備,同時其能帶結(jié)構(gòu)對缺陷具有較高的容忍度,因而即使沒有經(jīng)過表面鈍化仍然可以實現(xiàn)高熒光量子產(chǎn)率,這些特性也為電子器件的廣色域顯示提供了更優(yōu)的機會。然而,目前幾乎所有高性能鈣鈦礦中都含有重金屬鉛,鉛元素極具污染性并極易在生物體內(nèi)累積,對生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生了很大的威脅。因此探索與鉛鹵鈣鈦礦光電性質(zhì)相當,但毒性較低的金屬鹵化物鈣鈦礦材料是勢在必行的趨勢。本論文瞄準這一前沿研究方向,制備了兩種高質(zhì)量無鉛低毒的新型鈣鈦礦材料,并將其作為固態(tài)熒光粉成功應用于光致發(fā)光LED裝置。具體內(nèi)容概括如下:1.首次在酸性水溶液中制備高熒光的二維(OCTAm)2SnX4(OCTAm為辛銨陽離子,X=Br,I)鈣鈦礦。合成方法簡單易行,在室溫大氣環(huán)境下即可操作不需惰性氣體保護,具有高再現(xiàn)性和高化學產(chǎn)率(80%),并且通過控制鹵化物成分可實現(xiàn)熒光發(fā)射可調(diào)。二維(OCTAm)2SnBr4的熒光發(fā)射峰位置在600nm,固體樣品顯示出近100%的高熒光量子產(chǎn)率,超大的斯托克斯位移和超長的熒光壽命。對其進行穩(wěn)定性研究,二維錫基鈣鈦礦在一定濕度條件的空氣中儲存240天熒光量子產(chǎn)率無明顯變化,如此的高穩(wěn)定性歸因于A位較長的有機長鏈銨鹽可以保護錫鹵八面體層阻隔水、氧的攻擊。2.合成了一種高質(zhì)量的全無機CsnMnBrn+2類鈣鈦礦材料,可以通過改變投料比控制產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)、物相組成和熒光性能。其中Cs3MnBr5的熒光發(fā)射峰位于522nm,具有高達82±5%的熒光量子產(chǎn)率。其熒光壽命呈單指數(shù)衰減,平均熒光壽命為236μs。CsMnBr3的熒光發(fā)射峰位于655nm,其熒光壽命呈雙指數(shù)衰減,分別為1.418μs(93%)和18.328μs(7%)。另外,Cs3MnBr5和CsMnBr3均表現(xiàn)出相同的順磁行為并且具有非常好的熱穩(wěn)定性。3.分別采用兩種新型的熒光粉材料成功制備光致發(fā)光LED裝置。二維(OCTAm)2SnBr4鈣鈦礦黃色熒光粉因為半峰寬較大(136 nm),可以覆蓋到紅光區(qū),相比于額外添加紅色熒光粉,制備LED裝置更高效。將其與藍色熒光粉和綠色熒光粉按照重量比4:1:0.15混合涂覆至紫外LED芯片上,得到色坐標為(0.33,0.31)的白光LED燈。全無機CsnMnBrn+2熒光粉以投料比為1.4:1的可作為LED中的單組分顏色轉(zhuǎn)換層,無需疊加其他熒光粉材料即可得到色坐標為(0.4269,0.4955)的暖白光LED燈,解決了多組分熒光轉(zhuǎn)換層中存在的自吸收和顏色不穩(wěn)定的問題。
【圖文】：

物鈣鈦礦材料按照其晶體結(jié)構(gòu)可分為具有經(jīng)典結(jié)構(gòu)為ＡＭＸ３的３Ｄ鈣鈦礦，經(jīng)典逡逑結(jié)構(gòu)為Ａ２ＭＸ４的２Ｄ層狀鈣鈦礦，經(jīng)典結(jié)構(gòu)為Ａ６ＭＸ５的１Ｄ鏈狀鈣鈦礦和經(jīng)典逡逑結(jié)構(gòu)為Ａ４ＭＸ６的０Ｄ鈣鈦礦見圖１．１。在典型的３Ｄ鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中，［ＭＸ６ｆ逡逑八面體在三個維度上彼此共頂點形成一個有限三維［ＭＸ３］？網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，Ａ位陽離逡逑子填充在網(wǎng)絡中心，其尺寸、形狀和電荷分布對鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)和性能都具有關鍵逡逑作用。逡逑Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ逡逑媝Ｉ凝Ａ逡逑３Ｄ邐２Ｄ邐１Ｄ邐０Ｄ逡逑Ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑ｍｒ邋ｗ．．．邋ｔｒ逡逑３Ｄ邐２Ｄ邐１Ｄ邐ＯＤ逡逑Ｂｕｌｋ邋３Ｄ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ邐Ｂｕｌｋ邋ｔｏｗ－＜３ｉｍｅｎｓｉ0ｎ邋ｍａｌｅｒｉａＪｓ邐Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｔｅｓ逡逑ｘ，ｙ．ｚ邋＞邋１００邋ｎｍ邐１邋Ｄ邋ｘ＞邋１００邋ｎｍ邐ｘ，邋ｙ，邋２邋＜邋１００邋ｎｍ逡逑２邋０邋ｘ，ｙ邋＞邋１００邋ｎｍ逡逑圖１．１不同維度鈣鈦礦的化學結(jié)構(gòu)示意圖（３Ｄ，邋２Ｄ，邋ＩＤ和ＯＤ）逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋（ｔｏｐ）邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ逡逑（３Ｄ，邋２Ｄ，邋ＩＤ，邋ａｎｄ邋ＯＤ）邋ａｎ

逡逑典型３Ｄ鈣鈦礦結(jié)構(gòu)如圖１．２ａ所示。在ＡＢＸ３晶胞中，Ａ陽離子處于頂點位逡逑置，Ｂ金屬離子位于體心，，Ｘ陰離子位于面心。穩(wěn)定的３Ｄ立方相鈣鈦礦的形成逡逑取決于容忍因子邋ｔ邋（Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ邋ｔｏｌｅｒａｎｃｅ邋ｆａｃｔｏｒ，邋ｔ邋）和八面體因子（ａ邋（ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ逡逑ｆａｃｔｏｒ，邋ｐ邋），公式如下：逡逑ｔ邋Ｒａ＋Ｒｘ逡逑—

本文編號：2663647