含CsPbBr3钙钛矿量子点的硅酸盐基氟氧化物玻璃陶瓷的制备及其发光性能

采用热处理烧结方法制备了含CsPbBr3钙钛矿量子点的硅酸盐基氟氧化物玻璃陶瓷(SiO2-Al2O3-Li2O-AlF3-LiF)。通过X射线衍射分析了玻璃的自析晶现象与量子点生长之间的关系;TEM透射电镜分析了量子点的形貌特征;荧光光谱、吸收光谱和CIE色坐标等表征分析了量子点的发光特性。结果表明,最佳条件制备得到的含CsPbBr3量子点的玻璃陶瓷材料可实现512 nm强绿光发射,半峰宽22.80 nm。将该玻璃陶瓷与365 nm紫外芯片封装构建绿光发光二极管(LED),有望替代绿色荧光粉成为新型固体发光领域的关键材料。

CsPbBr3钙钛矿量子点微晶的制备及发光性能

为提高CsPbBr 3钙钛矿量子点稳定性并实现具有优良发光性能量子点固体材料的制备,采用高温熔融方法成功地在硼硅酸盐微晶内部制备了CsPbBr 3量子点,得到CsPbBr 3量子点微晶。通过SEM扫描电镜测试分析量子点微晶的形貌特征;通过荧光光谱、CIE色度坐标分析其荧光特性。SEM扫描电镜测试结果表明,在微晶表面及内部均匀分布着粒径为10 nm左右的CsPbBr 3量子点,实现了硼硅酸盐微晶对CsPbBr 3量子点的有效包覆。荧光光谱测试表明,CsPbBr 3量子点微晶表现出宽的激发光谱,且可以在360 nm波长紫外光激发下实现较强的517 nm绿光发射。发射光谱及CIE坐标表明在400℃高温环境下该CsPbBr 3量子点微晶材料仍能保持优异的光学性能。该量子点微晶材料的成功制备为钙钛矿材料在新型固体发光材料领域的发展提供了可能性。

不同摩尔比的CsPbBr3钙钛矿量子点微晶发光性能

采用一种新颖的高温熔融淬火的方法,成功地在硼硅酸盐微晶内部制备了CsPbBr3量子点。为了探究钙钛矿量子点形成的最佳条件,对钙钛矿原料分别以Cs∶Pb∶Br=1∶1∶3的摩尔比和Cs∶Pb∶Br=6∶1∶4的摩尔配比进行了对比研究。通过扫描电子显微镜(SEM)对钙钛矿量子点微晶进行了形貌上的表征分析;通过荧光光谱、CIE色度坐标分析其荧光特性。SEM研究结果表明,微晶表面均匀分布着CsPbBr3量子点。在荧光光谱检测下,实现了在360 nm的紫外光激发下,量子点呈现出较强的绿光发射。CIE色度坐标图上显示,钙钛矿原料在Cs∶Pb∶Br=6∶1∶4的摩尔配比下处于较高纯度的绿光区域。因此,量子点可应用于高光效的新型固体发光器件的中。

不同溶剂中CsPbBr3钙钛矿纳米晶的制备及性能

全无机钙钛矿纳米晶由于具有高量子产率、窄线宽和可见光全波段发光特性,在功能光学材料和光学器件等领域具有广阔的应用前景。本文在室温下通过液相沉淀法制备CsPbBr 3钙钛矿纳米晶,研究了溶剂密度、极性和粘度对钙钛矿纳米晶的反应过程、晶体结构、微观形貌和光学性能的影响。结果表明,通过改变反应溶剂的密度可以实现CsPbBr 3钙钛矿纳米晶在反应器上部、下部以及整个液相中的生长。溶剂的极性越大,制备的CsPbBr 3钙钛矿纳米晶的结晶度越低、发光强度和稳定性越低。过高的溶剂粘度不利于高质量CsPbBr 3钙钛矿纳米晶的制备。本文提出的多种溶剂下快速制备CsPbBr 3纳米晶的方法有望进一步促进其在太阳能电池、激光器、光探测器以及发光二极管等领域的应用。

基于CsPbBr3钙钛矿量子点的高柔性绿光发光二极管

众所周知,柔性信息显示将在未来的光电应用中发挥重要作用。然而,由于电极材料和柔性衬底的选择有限,制备高效、稳定的柔性发光二极管仍然存在巨大的挑战。以光聚合物作为柔性衬底、CsPbBr3量子点作为发光层,成功地制备了柔性钙钛矿发光二极管。为了改善电子的注入和传输,采用Ag作阴极。结果表明,高柔性的钙钛矿发光二极管的最高亮度为10325 cd/m2且具有高色纯度(FWHM=19 nm)。此外,制备的钙钛矿发光二极管具有良好的柔性和机械延展性。在大约180°的弯曲角度下反复弯曲100次后,仍然保持着良好的器件性能。该研究为未来柔性显示器的应用奠定了研究基础。

基于全无机CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池的光电性能研究

钙钛矿太阳能电池具有制作工艺简单和光电转换效率高等优点,成为光伏领域研究的热点。而全无机钙钛矿太阳能材料CsPbBr_(3)具有较强的稳定性,是具有竞争力的钙钛矿光吸收材料。主要利用SCAPS-1D软件构建了FTO/TiO_(2)/CsPbBr_(3)/Cu2ZnSnS4(CZTS)/Ag平面异质结结构。研究了全无机钙钛矿材料CsPbBr_(3)厚度和带隙对钙钛矿太阳能电池的影响。

I_(2)界面修饰对全无机CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池性能的影响

通过在CsPbBr_(3)薄膜上旋涂一次I_(2)的异丙醇溶液以修饰CsPbBr_(3)吸光层,钝化CsPbBr_(3)层表面缺陷,改善CsPbBr_(3)薄膜形貌。同时通过利用环境友好的绿色溶剂水溶解CsBr,显著提高了其溶解度,减少了旋涂次数,简化了电池制备流程。实验结果表明,在CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)中,使用5 mg·mL^(-1)I_(2)的异丙醇溶液界面修饰的器件具有最佳光伏性能,其最高开路电压(open-circuit voltage,V_(OC))为1.55 V,短路电流密度(short circuit current density,J_(SC))为7.45 mA·cm^(-2),填充因子(fill factor,FF)为85.54%,光电转换效率(photoelectric conversion efficiency,PCE)达到了9.88%。

钙钛矿CsPbBr_(3)薄膜的制备及其光电性能表征

本实验是针对本科生能力水平、结合光伏领域前沿设计的一个化学综合实验。本实验采用简单的旋涂法在导电玻璃表面制备CsPbBr_(3)钙钛矿薄膜材料,并创新性地将光探测器件的组装实验加入其中以研究CsPbBr_(3)薄膜的光电性能。学生可在实验过程中肉眼可见地观察到黄色的CsPbBr_(3)材料在紫外激光照射下发射出强烈的绿光,这一实验现象能够有效地激发学生兴趣。

CsPbX_(3)钙钛矿纳米晶中Mn(Ⅱ)离子的可控掺杂及其发光性能研究

Mn离子掺杂策略被广泛用于提高CsPbX3钙钛矿纳米晶(Nanocrystals,NCs)的稳定性和调控Pb的含量,但离子掺杂反应速率极快,不易控制。本文分别采用一步和两步热注射法对Mn^(2+)的掺杂含量进行大范围和精确调控,制备出具有不同Mn^(2+)掺杂含量的CsPbCl_(3)∶Mn^(2+)NCs。通过对其结构及发光性能的研究,将其区分为合金结构和掺杂结构,并进一步揭示了一步法和两步法进行Mn^(2+)调控时的不同机制,明确了在相同Pb∶Mn投料比的情况下,一步法合成的合金结构纳米晶具有更高的Mn^(2+)掺杂量,使得纳米晶在610nm左右与Mn相关的发射峰更为强烈,最高光致发光量子产为77%,而两步法合成的掺杂结构纳米晶在较少的Mn^(2+)情况下同样具有较高的光致发光量子产率。同时,Mn^(2+)的可控掺杂使得钙钛矿纳米晶的稳定性有效提升,放置四周后形貌和发光性能仍稳定。值得注意的是,合金结构对于本征激子发光稳定性的提升比掺杂结构更加有利。此外,还合成了具有优异发光性能的CsPb(Cl_(x)Br_(3-x))∶Mn^(2+)钙钛矿纳米晶,其荧光光谱可在404~640nm之间调控;但当Br-含量较高时,与Mn相关的发射峰消失,这是由于CsPbBr_(3)的能带与Mn^(2+)的^(4)T_(1-)^(6)A_(1)能级不匹配所致。本文强调了在CsPbCl_(3)∶Mn^(2+)钙钛矿制备过程中Mn^(2+)可控掺杂的重要性,对于实现纳米晶的可控合成具有重要意义。

Fe_(2)O_(3)对含铈钙钛矿玻璃陶瓷物相结构及化学稳定性的影响

本文以典型SiO_(2)-B_(2)O_(3)-CaO-Na_(2)O-TiO_(2)硼硅酸盐玻璃为基础玻璃,采用热处理析晶法制备含铈钙钛矿玻璃陶瓷固化体。通过DSC、XRD、FTIR、SEM-EDS、ICP等测试方法研究了不同Fe_(2)O_(3)含量对该固化体物相结构及化学稳定性的影响。结果表明,随着Fe_(2)O_(3)的掺入,CeO_(2)晶体衍射峰强度逐渐减弱,钙钛矿(CaTiO_(3))晶粒分布的均匀程度呈先升高后降低的趋势,所有元素的归一化浸出率呈先降低后升高的趋势。当Fe_(2)O_(3)含量为6%(质量分数)时,CeO_(2)晶体消失,晶粒的分布最为均匀,所有元素的归一化浸出率最低。28 d后,所有样品中元素的归一化浸出率(g·m^(-2)·d^(-1))均低于10^(-3)数量级,这表明所制备的玻璃陶瓷固化体具有优异的化学稳定性。本研究为采用钙钛矿玻璃陶瓷固化体处理高放核废液提供了理论支撑和实验指导。

不同核壳结构的CsPbBr_(3)纳米晶体的稳定性、生物相容性能

CsPbBr_(3)钙钛矿纳米晶体(PNC)由于出色的光学性能使其在生物领域具有广泛的应用前景,但CsPbBr_(3)PNC的低稳定性及高毒性大大限制了其实际应用。因此,通过壳层包裹,采用室温重结晶法分别将环糊精(CD)和SiO_(2)包覆在CsPbBr_(3)PNC表面合成核壳结构的CsPbBr_(3)@CD和CsPbBr_(3)@SiO_(2)。不同的包覆材料使PNC具有不同的光学特性、稳定性及生物相容性。其中,CsPbBr_(3)@SiO_(2)的荧光量子产率(36.16%)约为CsPbBr_(3)@CD(14.39%)的2.5倍。CsPbBr_(3)@SiO_(2)的平均荧光衰减寿命(101.43 ns)约为CsPbBr_(3)@CD(68.73 ns)的1.5倍。在30℃、湿度为60%的空气中放置10天后,CsPbBr_(3)@SiO_(2)荧光强度约为CsPbBr_(3)@CD的3.9倍。将CsPbBr_(3)@CD和CsPbBr_(3)@SiO_(2)与细胞共培养,细胞存活率分别为51.27%和88.57%。结果表明,相较于CsPbBr_(3)@CD,CsPbBr_(3)@SiO_(2)具有更好的光学特性、稳定性以及生物相容性,更有利于在生物医学领域应用。

Sb^(3+)/Bi^(3+)掺杂对Cs_(3)DyCl_(6)钙钛矿光学性能的影响

A_(2)B′BCl_(6)双钙钛矿因其极强的空气稳定性、出色的光学性能而被应用于发光材料。以Cs^(+)作为A^(+)、Dy^(3+)替代Pb^(2+)、Cl^(-)作为卤素合成新的镝基钙钛矿纳米晶体Cs_(3)DyCl_(6),以Sb^(3+)/Bi^(3+)作为激发剂掺杂,成功制备了非铅钙钛矿材料,研究了Sb^(3+)/Bi^(3+)掺杂对钙钛矿发光特性的影响。结果表明:Cs_(3)DyCl_(6)是一种具有高效激发和宽带发射特性的基质,在不添加任何激发剂的情况下就能够发出蓝绿光。在Sb^(3+)掺杂下,材料的发光向黄光方向移动,随着Sb^(3+)掺杂浓度的继续提高,发光强度开始下降,最佳掺杂比例为5%;Bi^(3+)掺杂时的Cs_(3)DyCl_(6)光学性能与Sb^(3+)掺杂下非常相似,当Bi^(3+)掺杂比例为1%时,发光强度达到最大值,Sb^(3+)/Bi^(3+)掺杂能够有效地改善Cs_(3)DyCl_(6)的光学性能。

低温环境下PbTiO_(3)钙钛矿晶粒的演化过程

利用透射电子显微镜研究了PbTiO_(3)钙钛矿在低温条件下的晶体结构及晶粒演化过程。结果表明:低温条件下,PbTiO_(3)钙钛矿未出现明显的相转变;在电子束辐照条件下,PbTiO_(3)晶体出现细晶化现象,说明电子束对其结构变化存在诱导作用;在室温和低温环境下,PbTiO_(3)晶体均未产生位错缺陷,且低温环境使晶粒细化过程变慢;电子辐照作用使材料的表面能变大,导致晶粒尺寸变小,从而出现细晶化现象。

反溶剂对CsPbBr_(3)太阳电池性能的影响

分别在钙钛矿前驱体中添加一系列的反溶剂乙酸乙酯(EA)和乙腈(ACN),制备出不同形貌的CsPbBr_(3)薄膜,探究薄膜质量与太阳电池性能的内在联系。结果表明,在大气制备环境中,反溶剂有助于CsPbBr_(3)晶粒的生长,薄膜表面缺陷明显减少,太阳电池各性能参数(短路电流密度、开路电压以及填充因子)均有所提升,尤其是添加乙腈(V(PbBr_(2)/DMF)∶V(ACN)=10∶1)后,光电转换效率(PCE)从3.16%提高到7.10%。

室温合成具有超纯绿光发射的准二维CsPbBr_(3)钙钛矿纳米片

通过配体辅助溶液相法,在室温下成功合成出一种具有超纯绿光发射的准二维CsPbBr_(3)钙钛矿纳米片。该制备方法可以实现低成本、高质量CsPbBr_(3)纳米片的合成。实验结果表明,合成出的CsPbBr_(3)纳米片荧光发射峰位于526 nm,发射峰半高宽(FWHM)能够达到16 nm,纳米片的荧光量子效率(PLQY)高达87%。将CsPbBr_(3)纳米片应用于背光显示,实现了(0.145,0.793)的绿光坐标,该色坐标覆盖近91%的Rec.2020绿光色域,色域范围优于目前报道的绿色荧光粉材料。此外,基于上述CsPbBr_(3)荧光纳米片,我们还成功构筑出一种白光LED器件,并测得该器件在20 mA驱动电流下的发光效率为39 lm/W。

In^(3+)、Sb^(3+)、Bi^(3+)掺杂对双钙钛矿Cs_(2)NaDyCl_(6)发光性能的调控

A2B′BCl_(6)型双钙钛矿因其极强的空气稳定性和出色的光学性能而被应用于发光材料。使用Na离子替代式掺杂合成非铅体系钙钛矿材料Cs_(2)NaDyCl_(6),引入In^(3+)、Sb^(3+)和Bi^(3+)等掺杂元素对双钙钛矿Cs_(2)NaDyCl_(6)发光性能进行调控。结果表明:通过In^(3+)的掺杂,拓宽了材料的发射区间,进一步提高了其光学性能;Bi^(3+)掺杂能够使钙钛矿的发射光发生红移现象,Sb^(3+)掺杂可以使钙钛矿的发射光发生蓝移现象,Sb^(3+)和Bi^(3+)共同掺杂能够平衡钙钛矿在可见光区域的发射;在In^(3+)、Sb^(3+)、Bi^(3+)三种元素的共同掺杂下,Cs_(2)NaDy_(0.445)In_(0.445)Cl_(6)∶0.1Bi 0.01Sb成功实现了白光发射,在265 nm波长激发下,其CIE色坐标为(0.34,0.35),色温达到5314 K,显色指数高达94。

尿素掺杂CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜及其钙钛矿太阳能电池性能研究

基于一步旋涂法制备了钙钛矿太阳能电池吸光层CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜,在吸光层制备过程中添加了尿素,研究了尿素掺杂量对CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜的物相结构、微观形貌及组装钙钛矿太阳能电池的光电性能的影响,通过XRD、SEM、UV-Vis、PL以及J-V曲线等对样品进行了表征。结果表明,适量尿素的添加提高了CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜的结晶度,改善了取向性,使薄膜的覆盖率得到改善,孔洞和裂缝的数量减少。当尿素的掺杂量为10%(摩尔分数)时,薄膜的晶粒尺寸最为均匀,结晶性能最佳。所有CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜的吸收边都在780 nm左右,带隙宽度为1.5 eV。适量尿素的添加提高了CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜的吸光能力和发射峰的强度,随着尿素掺杂量的增加,CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜的吸光性能和发射峰强度均先增大后减小。当尿素的掺杂量为10%(摩尔分数)时,CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜的吸光性能最好,发射峰强度最高。将不同尿素掺杂量的CH_(3)NH_(3)PbI_(3)薄膜组装出30个钙钛矿太阳能电池,测试了J-V曲线,当尿素的掺杂量为10%(摩尔分数)时,电池具有最优的光电性能,其光电转换效率达到最大为20.61%。以上分析可知,尿素的最佳掺杂量为10%(摩尔分数)。

CsPbBr_(3)纳米晶电子辐照效应研究

钙钛矿材料具有优异的光学性能和较高的载流子迁移率,成为空间太阳能电池领域极具竞争力的材料。然而空间粒子辐照容易改变材料结构和光学性能,导致其性能下降。为了探究电子辐照对CsPbBr_(3)材料结构与光学特性的影响规律,本文开展了CsPbBr_(3)材料电子辐照实验,利用高分辨透射电子显微镜表征CsPbBr_(3)纳米晶微观形貌,并通过X射线衍射分析和X射线光电子能谱分析进一步探究晶体结构的变化趋势。研究发现:电子辐照后CsPbBr_(3)纳米晶形貌变得粗糙,尺寸明显减小,并且纳米晶在高剂量电子辐照下变得紧凑,形成纳米团簇。其次,通过稳态紫外-可见吸收光谱图与光致发光谱图表征CsPbBr_(3)材料的光学性能,并利用第一性原理计算分析辐照后晶格膨胀带来的带隙变化。研究证明电子辐照后纳米晶颜色加深,影响钙钛矿的透光率,进而增强了样品对光的吸收性能,同时电子辐照能够分解CsPbBr_(3)纳米晶,特别是高剂量辐照后其光致发光性能降低了53.7%~78.6%。本文研究结果为钙钛矿纳米晶空间辐射损伤机理及应用研究提供了数据支撑。

Pb系简单钙钛矿氧化物PbMO_(3)(M=3d过渡族金属)的高温高压制备及物性研究

系统总结了近十几年利用高压技术制备简单钙钛矿功能氧化物材料PbMO_(3)(M=3d过渡族金属)及其物性研究方面的进展,重点关注M元素变化过程中的晶体结构、电子结构、磁性和电输运性质的演化,以及高压调控下的结构相变、电荷转移和绝缘体金属化等行为,同时也对该领域中一些亟需解决的问题做了展望。

3D打印柔性钙钛矿荧光发光凝胶的创新实验设计与研究

柔性钙钛矿器件是未来柔性光电技术的研究热点。结合3D打印光聚合物技术,可实现柔性钙钛矿荧光器件的兼容制造。其研究内容属交叉学科前沿,涵盖材料、高分子、化学、半导体物理、柔性电子等相关领域专业知识。为培养本科生的创新意识和科研思维,巩固专业理论知识和动手能力,我们设计了一项3D打印柔性钙钛矿荧光发光凝胶的创新实验。实验包括3D打印成型、钙钛矿结晶后处理、实验结果表征分析等过程,可以让学生亲身参与实践。在自主完成钙钛矿柔性器件全流程制备的同时,也能培养科研兴趣和分析解决问题的综合能力,从而达到创新型教学实验目的。